Ce ne învață pisica lui Schrödinger despre mecanica cuantică? - Josh Samani

Vizionați lecția completă: http://ed.ted.com/lessons/what-can-schrodinger-s-cat-teach-us-about-quantum-mechanics-josh-samani

Fizica clasică, cu care ne întâlnim în lumea noastră macroscopică zi de zi ete foarte diferită de fizica cuantică, ce guvernează sisteme la o scară mult mai mică (precum atomii). Un exemplu foarte bun ar ciudățeniei fizicii cuantice poate fi văzut în experimentul numit "pisica lui Schrödinger". Josh Samani ne invită să urmărim acest experiment al entanglamentului cuantic.

Lecție de Josh Samani, animație de Dan Pinto.

Dacă aruncați o minge în sus

puteți prezice mișcarea mingii
după ce aceasta părăsește mâna?

Sigur, e simplu.

Mingea urcă până ajunge
în cel mai înalt punct,

apoi se întoarce
și aterizează înapoi în mână.

Desigur, asta se întâmplă,

și știi asta datorită nenumăratelor
experiențe anterioare.

Ai observat fenomenele fizice
de zi cu zi toată viața.

Dar să presupunem că explorăm
un aspect legat de fizica atomică,

de exemplu, cum arată
mișcarea unui electron

în jurul nucleului atomului de hidrogen?

Putem răspunde bazat pe experiența
cu legile fizicii de zi cu zi?

Categoric, nu. De ce?

Deoarece legile fizice ce guvernează
sistemele la o scară atât de mică

e foarte diferită de cea
a obiectelor macroscopice

pe care le vedeți mereu în jur.

Lumea de zi cu zi pe care o cunoaștem

se comportă conform
legilor mecanicii clasice.

Dar sistemele la scară atomică

se comportă în conformitate cu legile
mecanicii cuantice.

Această lume cuantică
pare a fi un loc foarte bizar.

O exemplificare a ciudățeniei cuantice
e dată de un experiment celebru:

pisica lui Schrödinger.

Un fizician, care nu îndrăgește neapărat
pisicile, pune o pisică într-o cutie,

împreună cu o bombă ce are o șansă 50%
de a exploda după ce cutia e închisă.

Până nu redeschidem capacul,
nu putem ști

dacă bomba a explodat sau nu,

și nici dacă pisica e sau nu în viață.

Putem spune că înainte să deschidem
cutia și să vedem rezultatul,

pisica se află într-o stare
de superpoziție.

Nu era nici vie nici moartă,
ci într-o suprapunere de două posibilități.

cu o probabilitate de 50%
pentru fiecare.

Același lucru se întâmplă
la sistemele fizice la scara cuantică,

precum un electron orbitând
într-un atom de hidrogen.

De fapt, electronul nu orbitează deloc.

Este peste tot în spațiu,
în același timp,

cu o probabilitate mai mare
în anumite locuri decât în altele,

și numai după ce îi determinăm poziția

putem indica locul
în care se află în acel moment.

La fel ca în cazul în care nu știam
dacă pisica e vie sau moartă

până nu deschideam cutia.

Asta ne aduce la frumosul
și straniul fenomen

numit entanglament cuantic.

Să presupunem că în loc de o pisică într-o
cutie, avem două pisici în două cutii.

Dacă repetăm experimentul lui Schrödinger
cu cele două pisici,

rezultatul experimentului
e una din patru posibilitați.

Fie ambele pisici vor fi în viață,
sau amândouă vor muri,

ori una va fi vie iar cealaltă moartă,
și invers.

Sistemul celor două pisici
e din nou o superpoziție

cu fiecare rezultat având o probabilitate
de 25%, în loc de 50%.

Dar iată partea interesantă:

mecanica cuantică ne spune
că rezultatele în care

ambele pisici sunt vii și ambele sunt
moarte se pot elimina din superpoziție.

Cu alte cuvinte, poate exista
un sistem cu două pisici,

astfel încât să rezulte una vie
și cealaltă moartă.

Termenul tehnic pentru asta este
că starea pisicilor e corelată.

Dar există ceva incredibil
legat de această corelare cuantică.

Dacă pui cele două pisici corelate
fiecare într-o cutie

și apoi muți cutiile la două capete
opuse ale universului,

rezultatul experimentului
va fi mereu același.

O pisică va fi întotdeauna vie,
iar cealaltă va fi întotdeauna moartă,

chiar dacă nu se știe care dintre ele
trăiește și care moare

înainte de evaluarea rezultatului.

Cum e posibil?

Cum se poate ca starea pisicilor
în colțuri opuse ale univerului

să fie conectată astfel?

Sunt prea departe
ca să comunice între ele,

cum e posibil ca cele două bombe
să conspire astfel încât

una să explodeze și cealaltă nu?

Ai putea crede:

„Astea-s doar fetișuri teoretice.

Așa ceva nu se poate întâmpla
cu adevărat."

Dar se pare că entanglamentul cuantic

a fost confirmat în realitate
prin lucrări de laborator.

Două particule subatomice conectate
într-o stare de superpoziție,

dacă una se rotește într-un sens,
cealaltă se rotește invers,

vor avea mereu aceste stări,
chiar dacă nu există posibilitatea

ca informația să treacă
de la o particulă la cealaltă

ca să indice în ce sens să se rotească
ca să respecte regulile entanglamentului.

Nu ne surprinde atunci
că entanglamentul este miezul

științei informațiilor cuantice,

un domeniu emergent ce studiază
legile ciudatei lumi cuantice

în cadrul lumii noastre macroscopice,

ca într-o criptografie cuantică, prin care
spionii își pot trimite mesaje sigure

sau ca într-un proces cuantic
de spargere a codurilor secrete.

Legile fizice de zi cu zi pot părea acum
un pic mai asemănătoare lumii cuantice.

Teleportarea cuantică
ar putea progresa așa mult

încât într-o zi pisica ta ar putea fugi
către o galaxie mai sigură

unde nu există nici fizicieni
și nici cutii.