Pisica lui Schrödinger: un experiment mintal al fizicii cuantice - Chad Orzel

Vizualizați întreaga lecție: http://ed.ted.com/lessons/schrodinger-s-cat-a-thought-experiment-in-quantum-mechanics-chad-orzel

Fizicianul austriac Erwin Schrödinger, unul dintre fondatorii mecanicii cuantice, a pus următoarea întrebare faimoasă: dacă puneți o pisică într-o cutie sigilată, alături de un dispozitiv care prezintă 50% probabilitatea de a omorî pisica în următoarea oră, în ce stare va fi pisica când s-a scurs timpul? Chad Orzel investighează acest experiment mintal.

Lecție de Chad Orzel, animație de Agota Vegso.

Fizicianul austriac Erwin Schrödinger este
unul dintre fondatorii mecanicii cuantice,

însă el este cel mai cunoscut
pentru ceva ce nu a făcut de fapt,

și anume un experiment mintal
care implică o pisică.

El și-a imaginat că a luat o pisică
și a pus-o într-o cutie sigilată,

împreună cu un dispozitiv cu șanse de 50%
să omoare pisica în următoarea oră.

La finalul acelei ore, el a întrebat:
„În ce stare se află pisica?”

Simțul rațiunii sugerează că pisica
ar fi ori vie, ori moartă,

însă Schrödinger a subliniat
că potrivit fizicii cuantice,

în momentul de dinaintea
deschiderii cutiei,

pisica este în raport egal
și vie, și moartă,

în același timp.

Doar când se deschide cutia,
vedem o singură stare definită.

Până atunci, starea pisicii este
o probabilitate înceţoşată,

jumătate într-un fel și jumătate altfel.

Acest lucru pare absurd,
ceea ce a fost și ideea lui Schrödinger.

El considera că fizica cuantică
era atât de tulburătoare filosofic,

încât a abandonat teoria
la care a contribuit

și s-a concentrat
pe scrisul despre biologie.

Pe cât de absurd poate părea însă,

„Pisica lui Schrödinger”
este foarte reală.

De fapt, este chiar esențială.

Dacă nu era posibil ca obiectele cuantice
să se afle în două stări simultan,

computerul pe care îl folosiți
ca să vedeți asta nu ar putea exista.

Fenomenul cuantic al superpoziției

este o consecință a naturii duale
de particulă și undă a fiecărui lucru.

Pentru ca un obiect
să aibă o lungime de undă,

trebuie să se extindă
într-un anumit spațiu,

ceea ce înseamnă
că ocupă mai multe poziții simultan.

Lungimea de undă a unui obiect
limitat la o mică porțiune de spațiu

nu poate fi perfect definită, totuși.

Deci, există sub forma mai multor
lungimi de undă, în același timp.

Nu vedem aceste proprietăți de undă
în obiectele uzuale

pentru că lungimea de undă
scade pe măsură ce impulsul crește,

iar o pisică este destul de mare și grea.

Dacă am lua un singur atom și l-am mări
până la mărimea Sistemului Solar,

lungimea de undă a pisicii
care fuge de un fizician

ar fi la fel de mică ca un atom
din acel Sistem Solar.

Este mult prea mică pentru a o detecta,

așa că nu vom vedea
comportamentul de undă la o pisică.

O particulă mică, precum electronul, însă,

poate arăta dovezi importante
ale naturii sale duale.

Dacă tragem cu câte un electron pe rând

către un set de două fante
înguste tăiate în barieră,

fiecare electron pe partea
îndepărtată este detectat

într-un singur loc, la un timp anume,

ca o particulă.

Dar dacă repetați
acest experiment de multe ori,

ținând socoteala
fiecărei detectări individuale,

îi veți vedea trasând un tipar
caracteristic comportamentului undelor:

un set de dungi,
regiuni cu mulți electroni

separați în zone cu niciunul.

Dacă blocați una dintre fante,
dungile vor dispărea.

Aceasta arată că tiparul este rezultatul
fiecărui electron parcurgând ambele fante

în același timp.

Un singur electron nu decide
dacă o ia la stânga sau la dreapta,

ci stânga și dreapta simultan.

Această suprapunere a stărilor duce,
de asemenea, la tehnologie modernă.

Un electron lângă nucleul unui atom
există într-o orbită răsfirată, ca o undă.

Apropiind doi atomi unul de altul,

electronii nu trebuie
să aleagă doar un atom,

ci sunt împărtășiți între ei.

Așa se formează unele legături chimice.

Un electron într-o moleculă nu aparține
doar atomului A sau B, ci lui A+B.

Adăugând atomi, electronii
se răspândesc mai mult,

fiind împărtășiți cu numere vaste
de atomi în același timp.

Electronii unui solid
nu sunt legați de un anumit atom,

ci împărțiți între ei, întinzându-se
peste o rază largă de spațiu.

Gigantica superpoziție a stărilor

determină modul în care electronii
se mișcă prin materiale,

fie printr-un conductor,
izolator sau semiconductor.

Înțelegând cum electronii
sunt împărțiți între atomi,

putem să manevrăm precis proprietățile
materialelor semiconductoare,

precum siliconul.

Combinând adecvat
diversitatea semiconductorilor,

putem crea tranzistori la scală mică,

milioane pe un singur cip de computer.

Aceste cipuri și electronii lor răsfirați

alimentează computerul folosit
pentru urmărirea acestui video.

O veche glumă spune că Internetul există

pentru a ne permite
distribuirea filmulețelor cu pisici.

La un nivel foarte adânc, totuși,
Internetul își datorează existența

fizicianului austriac
și pisicii sale imaginare.