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

Кот Шрёдингера: мысленный эксперимент в квантовой механике — Чад Орзел

Переводчик: Liubov Gruchina Редактор: Anna Kotova

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

Австрийский физик Эрвин Шрёдингер — один из основателей квантовой механики,

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

но по-настоящему он известен тем, чего никогда не делал:

a thought experiment involving a cat.

мысленным экспериментом с участием кота.

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

Он представил, что помещает кота в герметичный ящик с таким устройством,

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

которое с вероятностью 50% убьёт этого кота в течение следующего часа.

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

По окончании этого времени он задался вопросом о состоянии кота.

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

Здравый смысл подсказывает нам, что кот либо жив, либо мёртв,

but Schrödinger pointed out that according to quantum physics,

но Шрёдингер обращает внимание на то, что, согласно квантовой физике,

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

на момент перед открытием ящика кот и жив, и мёртв

at the same time.

одновременно.

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

Только при открытии ящика мы можем увидеть одно определённое состояние.

Until then, the cat is a blur of probability,

До этого момента кот является размытием вероятности —

half one thing and half the other.

наполовину жив, наполовину мёртв.

This seems absurd, which was Schrödinger's point.

Это кажется нелепицей, что Шрёдингер и хотел доказать.

He found quantum physics so philosophically disturbing,

Квантовая механика настолько его философски озадачивала,

that he abandoned the theory he had helped make

что он оставил теорию, которую когда-то помог создать,

and turned to writing about biology.

и обратился к занятиям биологией.

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

Какой бы нелепицей он не казался, кот Шрёдингера вполне реален.

In fact, it's essential.

На самом деле он очень важен.

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

Если бы квантовые объекты не могли существовать в двух состояниях сразу,

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

компьютера, который вы сейчас используете, просто бы не было.

The quantum phenomenon of superposition

Квантовое явление суперпозиции —

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

следствие дуалистической — волновой и корпускулярной — природы всего.

In order for an object to have a wavelength,

Чтобы иметь длину волны,

it must extend over some region of space,

объекту нужно растянуться в пространстве,

which means it occupies many positions at the same time.

занимая множество позиций одновременно.

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

Однако длина волны объекта, ограниченного малой областью пространства,

can't be perfectly defined, though.

не может быть точно определена.

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

Поэтому объект существует во множестве различных длин волн одновременно.

We don't see these wave properties for everyday objects

Мы не видим эти волновые свойства у обычных предметов,

because the wavelength decreases as the momentum increases.

потому что длина волны уменьшается с увеличением импульса.

And a cat is relatively big and heavy.

И кот, с этой точки зрения, относительно большой и тяжёлый.

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

Если мы возьмём атом и раздуем его до размеров Солнечной системы,

the wavelength of a cat running from a physicist

длина волны кота, убегающего от физика,

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

будет так же мала, как атом внутри этой Солнечной системы.

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

Поскольку этого слишком мало, мы не увидим волнового поведения у кота.

A tiny particle, like an electron, though,

Однако мельчайшая частица, такая как электрон,

can show dramatic evidence of its dual nature.

может ярко продемонстрировать свою дуалистическую природу.

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

Если по одному направлять электроны на препятствие с двумя узкими прорезями,

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

каждый из них будет обнаружен позади пластины в одной точке и в определённый момент,

like a particle.

как частица.

But if you repeat this experiment many times,

Но если повторить эксперимент несколько раз,

keeping track of all the individual detections,

раз за разом фиксируя обнаруженное,

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

вы заметите, что они создают рисунок, характерный для волнового поведения:

a set of stripes - regions with many electrons

области со множеством электронов,

separated by regions where there are none at all.

чередующиеся с областями, где их нет вообще.

Block one of the slits and the stripes go away.

Заблокируйте одну из щелей — и полосы уйдут.

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

Это показывает, что такой рисунок — результат прохождения каждого электрона

at the same time.

через обе щели одновременно.

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

Электрон не выбирает, куда идти,

but left and right simultaneously.

а идёт сразу и направо, и налево.

This superposition of states also leads to modern technology.

Эта суперпозиция состояний используется в современных технологиях.

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

Электрон рядом с ядром атома существует на волноподобной орбите.

Bring two atoms close together,

Приблизьте два атома друг к другу,

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

и электронам не потребуется выбирать между ними —

but are shared between them.

они будят поделены между атомами.

This is how some chemical bonds form.

Так образуются некоторые химические связи.

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

Электрон в молекуле не принадлежит только атому А или B, а сразу A и B .

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

Если добавить больше атомов, электроны ещё больше рассеются,

shared between vast numbers of atoms at the same time.

распределяясь одновременно между огромным числом атомов.

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

Электроны в твёрдом теле не привязаны к отдельному атому,

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

а распределяются между всеми, охватывая огромное пространство.

This gigantic superposition of states

Эта гигантская суперпозиция состояний

determines the ways electrons move through the material,

определяет способы, которыми электроны двигаются по веществу,

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

будь то проводник, полупроводник или диэлектрик.

Understanding how electrons are shared among atoms

Понимание того, как атомы делят электроны между собой,

allows us to precisely control the properties of semiconductor materials,

позволяет нам строго контролировать свойства полупроводниковых материалов,

like silicon.

таких как кремний.

Combining different semiconductors in the right way

Правильное комбинирование различных полупроводников

allows us to make transistors on a tiny scale,

позволяет создавать транзисторы малых масштабов,

millions on a single computer chip.

размещая миллионы на обычном компьютерном чипе.

Those chips and their spread out electrons

Эти чипы и их электроны

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

питают электроэнергией компьютер, на котором вы смотрите это видео.

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

Старый анекдот гласит, что интернет существует, чтобы смотреть видео про котиков.

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

Однако на очень глубоком уровне интернет обязан своим существованием

to an Austrian physicist and his imaginary cat.

австрийскому физику и его воображаемому коту.