Schrödinger's cat: A thought experiment in quantum mechanics - Chad Orzel

Tradutor: Revisora: Margarida Ferreira

Austrian physicist Erwin Schrödinger is one of the founders of quantum mechanics,

O físico austríaco Erwin Schrödinger é um dos fundadores da mecânica quântica,

but he's most famous for something he never actually did:

mas tornou-se famoso por uma coisa que, na verdade, nunca fez:

a thought experiment involving a cat.

um exercício hipotético envolvendo um gato.

He imagined taking a cat and placing it in a sealed box

Imaginou pegar num gato e colocá-lo numa caixa selada

with a device that had a 50% chance of killing the cat in the next hour.

com um aparelho com 50% de probabilidades de matar o gato ao fim de uma hora.

At the end of that hour, he asked, "What is the state of the cat?"

Ao fim de uma hora, perguntou: “Em que estado se encontra o gato?”

Common sense suggests that the cat is either alive or dead,

O senso comum sugere que o gato está vivo ou morto,

but Schrödinger pointed out that according to quantum physics,

mas Schrödinger referiu que, de acordo com a física quântica,

at the instant before the box is opened, the cat is equal parts alive and dead,

no momento em que a caixa é aberta, o gato está, em partes iguais,

at the same time.

vivo e morto ao mesmo tempo.

It's only when the box is opened that we see a single definite state.

Só quando abrimos a caixa é que vemos um único estado definido.

Until then, the cat is a blur of probability,

Até aí, o gato é uma probabilidade indefinida,

half one thing and half the other.

metade uma coisa, metade outra.

This seems absurd, which was Schrödinger's point.

Parece absurdo, e era esse o objetivo de Schrödinger.

He found quantum physics so philosophically disturbing,

Ele achava a física quântica tão filosoficamente perturbadora

that he abandoned the theory he had helped make

que abandonou a teoria que ajudara a criar

and turned to writing about biology.

e dedicou-se a escrever sobre biologia.

As absurd as it may seem, though, Schrödinger's cat is very real.

Mas, por mais absurdo que isso pareça, o gato de Schrödinger é bem real.

In fact, it's essential.

Na verdade, é fundamental.

If it weren't possible for quantum objects to be in two states at once,

Se os objetos quânticos não pudessem estar simultaneamente em dois estados,

the computer you're using to watch this couldn't exist.

não existiria o computador que estamos a usar para ver este vídeo.

The quantum phenomenon of superposition

O fenómeno quântico da sobreposição

is a consequence of the dual particle and wave nature of everything.

é consequência da natureza da dualidade onda-partícula de todas as coisas.

In order for an object to have a wavelength,

Para um objeto ter um comprimento de onda

it must extend over some region of space,

tem de se estender sobre uma certa região do espaço,

which means it occupies many positions at the same time.

ocupando assim muitas posições ao mesmo tempo.

The wavelength of an object limited to a small region of space

Mas o comprimento de onda de um objeto limitado a uma pequena região do espaço

can't be perfectly defined, though.

não pode ser definido perfeitamente.

So it exists in many different wavelengths at the same time.

Assim, existe em simultâneo em vários comprimentos de onda.

We don't see these wave properties for everyday objects

Estas propriedades de onda não existem em objetos do dia-a-dia

because the wavelength decreases as the momentum increases.

porque o comprimento de onda diminui à medida que o impulso aumenta.

And a cat is relatively big and heavy.

Um gato é relativamente grande e pesado.

If we took a single atom and blew it up to the size of the Solar System,

Se ampliássemos um átomo até ao tamanho do sistema solar,

the wavelength of a cat running from a physicist

o comprimento de onda de um gato a fugir de um físico

would be as small as an atom within that Solar System.

seria tão pequeno como um átomo dentro desse sistema solar.

That's far too small to detect, so we'll never see wave behavior from a cat.

É indetetável, por isso nunca veremos o comportamento de onda de um gato.

Mas uma partícula minúscula, como um eletrão

A tiny particle, like an electron, though,

can show dramatic evidence of its dual nature.

pode mostrar uma evidência drástica quanto à sua dualidade.

If we shoot electrons one at a time at a set of two narrow slits cut in a barrier,

Se disparássemos eletrões, um de cada vez,

para um conjunto de duas fendas estreitas cortadas numa barreira,

each electron on the far side is detected at a single place at a specific instant,

cada eletrão do outro lado é detetado num único local,

num determinado momento,

like a particle.

como uma partícula.

But if you repeat this experiment many times,

Mas, se repetirmos esta experiência muitas vezes,

keeping track of all the individual detections,

mantendo registo de todas as deteções individuais,

you'll see them trace out a pattern that's characteristic of wave behavior:

veríamos que elas desenham um padrão característico do comportamento de onda:

a set of stripes - regions with many electrons

um conjunto de listas — regiões com muitos eletrões

separated by regions where there are none at all.

separadas por regiões onde não há listas nenhumas.

Block one of the slits and the stripes go away.

O bloco das fendas e as listas desparecem.

This shows that the pattern is a result of each electron going through both slits

Isto mostra que o padrão é resultado de cada eletrão passar por ambas as fendas

at the same time.

ao mesmo tempo.

A single electron isn't choosing to go left or right

Um único eletrão não escolhe ir pela esquerda ou pela direita

but left and right simultaneously.

mas pela esquerda e a direita simultaneamente.

This superposition of states also leads to modern technology.

Esta sobreposição de estados leva também à tecnologia moderna.

An electron near the nucleus of an atom exists in a spread out, wave-like orbit.

Um eletrão junto do núcleo de um átomo

existe numa órbita espalhada, como uma onda.

Bring two atoms close together,

Se juntarmos dois átomos,

and the electrons don't need to choose just one atom

os eletrões não precisam de escolher apenas um átomo

but are shared between them.

mas são partilhados entre eles.

This is how some chemical bonds form.

É assim que se formam algumas ligações químicas.

An electron in a molecule isn't on just atom A or atom B, but A+ B.

Um eletrão numa molécula não é apenas o átomo A ou o átomo B, mas A+B.

À medida que juntamos mais átomos, os eletrões espalham-se mais,

As you add more atoms, the electrons spread out more,

shared between vast numbers of atoms at the same time.

partilhados entre grande número de átomos, ao mesmo tempo.

The electrons in a solid aren't bound to a particular atom

Os eletrões num sólido não estão ligados a um átomo em particular

but shared among all of them, extending over a large range of space.

mas são partilhados entre todos eles, estendendo-se por uma grande área.

This gigantic superposition of states

Esta gigantesca superposição de estados

determines the ways electrons move through the material,

determina as formas como os eletrões se movimentam pelo material,

whether it's a conductor or an insulator or a semiconductor.

seja um condutor ou um isolante ou um semicondutor.

Understanding how electrons are shared among atoms

Compreender como os eletrões são partilhados entre os átomos

allows us to precisely control the properties of semiconductor materials,

permite-nos controlar com precisão

as propriedades dos materiais semicondutores, como o silício.

like silicon.

Combining different semiconductors in the right way

Combinando diferentes semicondutores de modo adequado

allows us to make transistors on a tiny scale,

permite-nos fazer transístores numa escala minúscula,

millions on a single computer chip.

milhões num único “chip” de computador.

Those chips and their spread out electrons

Esses “chips” e o espalhamento de eletrões

power the computer you're using to watch this video.

alimentam o computador que estão a usar para ver este vídeo.

An old joke says that the Internet exists to allow the sharing of cat videos.

Uma velha piada diz que a Internet existe para partilhar vídeos de gatos.

At a very deep level, though, the Internet owes its existance

Mas, a um nível mais profundo, a Internet deve a sua existência

to an Austrian physicist and his imaginary cat.

a um físico austríaco e ao seu gato imaginário.