Šta nas Šredingerova mačka može naučiti o kvantnoj mehanici? - Džoš Samani (Josh Samani)

Pogledajte celu lekciju na: http://ed.ted.com/lessons/what-can-schrodinger-s-cat-teach-us-about-quantum-mechanics-josh-samani

Klasična fizika sa kojom se susrećemo u našem svakodnevnom, makroskopskom svetu se vrlo razlikuje od kvantne fizike koja upravlja sistemima mnogo manjih razmera (kao što su atomi). Jedan sjajan primer čudnovatosti kvantne fizike je misaoni eksperiment "Šredingerova mačka". Džoš Samani nas vodi kroz ovaj eksperiment sa kvantnim uplitanjem.

Autor lekcije: Džoš Samani, animacija: Den Pinto.

Probajte da bacite loptu pravo u vazduh.

Možete li da predvidite kretanje lopte
posle bacanja?

Naravno, to je lako.

Lopta će ići nagore
dok ne dostigne najvišu tačku,

a onda će se vratiti nadole,
ponovo u vašu ruku.

Naravno, to je ono što će se desiti,

a to znate, jer ste tako nešto
videli nebrojeno puta.

Gledate fiziku svakodnevnih događaja
celog života.

Ali, recimo da istražujemo
pitanje fizike atoma.

Na primer: kako izgleda kretanje elektrona

oko jezgra atoma vodonika?

Da li možemo da damo odgovor na osnovu
svakodnevnog iskustva sa fizikom?

Definitivno ne. Zašto?

Jer fizika koja upravlja ponašanjem
tako malih sistema

mnogo je drugačija od fizike
makroskopskih predmeta

koje stalno viđate.

Ovaj svakodnevni svet koji
poznajete i volite

ponaša se po zakonima klasične mehanike.

Ali sistemi veličine atoma

ponašaju se po zakonima kvantne mehanike.

Izgleda da je taj kvantni svet
vrlo čudno mesto.

Tu kvantnu čudnovatost ilustruje
poznati misaoni eksperiment:

"Šredingerova mačka".

Fizičar, koji baš i ne voli mačke,
stavlja mačku u kutiju

zajedno s bombom koja ima 50% šanse
da eksplodira kad se poklopac zatvori.

Dok ponovo ne otvorimo poklopac,
nema načina da saznamo

da li je bomba eksplodirala ili nije,

pa tako ni da li je mačka živa ili mrtva.

U kvantnoj fizici, mogli bismo da kažemo
da je pre našeg posmatranja

mačka bila u stanju superpozicije.

Nije bila ni živa ni mrtva, već pre
u miksu između ove dve mogućnosti,

sa 50% šanse za ostvarenje
jedne ili druge.

Slična stvar se dešava u fizičkim
sistemima u kvantnim razmerama,

kao što je elektron koji orbitira
u atomu vodonika.

Elektron, u stvari, uopšte ne orbitira.

On je otprilike svuda u prostoru
u isto vreme,

sa većom verovatnoćom da bude
na jednom mestu, umesto na drugom,

i tek pošto izmerimo njegov položaj

možemo da odredimo gde je u tom momentu.

Slično kao što ne znamo
da li je mačka živa ili mrtva

dok ne otvorimo kutiju.

To nas dovodi do neobičnog
i divnog fenomena

kvantnog uplitanja.

Recimo da umesto jedne mačke u kutiji,
imamo dve mačke u dve kutije.

Ako ponovimo eksperiment
"Šredingerove mačke" sa ove dve mačke,

rezultat eksperimenta će biti
jedna od četiri mogućnosti:

ili će obe mačke biti žive,
ili će obe biti mrtve,

ili će jedna biti živa, a druga mrtva,
ili obrnuto.

Sistem sa dve mačke je opet
u stanju superpozicije,

sa 25% šansi za svaku mogućnost,
umesto 50%.

Ali, evo šta je ovde super:

kvantna mehanika nam kaže
da je moguće izbrisati

iz stanja superpozicije dve mogućnosti:
obe mačke žive, i obe mačke mrtve.

Drugim rečima, može postojati
sistem sa dve mačke

u kome će ishod uvek biti:
jedna mačka živa, a druga mrtva.

Tehnički izraz za to bi bio
da su stanja mačaka "upletena".

Ali ima nešto zaista neverovatno
kod kvantnog uplitanja.

Ako napravite sistem dve mačke u kutijama
u ovom stanju upletenosti,

i odnesete kutije na suprotne
krajeve svemira,

ishod eksperimenta će
i dalje uvek biti isti.

Jedna mačka će uvek izaći živa,
a druga uvek mrtva,

iako je neodređeno koja je tačno
mačka preživela a koja nije

pre nego što izmerimo rezultat.

Kako je to moguće?

Kako stanja mačaka
na suprotnim krajevima svemira

mogu biti ovako upletena?

One su predaleko da bi komunicirale.

Pa kako se onda dve bombe uvek dogovore

da jedna eksplodira a druga ne?

Možda ćete pomisliti:

"To je samo besmisleno teoretisanje.

Takve stvari se ne dešavaju
u stvarnom svetu."

Ali kvantno uplitanje je potvrđeno

laboratorijskim eksperimentima
u stvarnom svetu.

Dve subatomske čestice
upletene u stanju superpozicije,

gde ako se jedna okreće u jednom smeru,
druga se mora okretati u drugom,

učiniće upravo to, iako informacije

ne mogu da pređu s jedne čestice na drugu

da bi rekle kako treba da se okreću
da bi ispoštovale pravila "uplitanja".

Nije iznenađujuće da se "uplitanje"
nalazi u osnovi

kvantne informatike, oblasti u razvoju

koja proučava kako se koriste
zakoni neobičnog kvantnog sveta

u našem makroskopskom svetu,

kao na primer u kvantnoj kriptografiji,

da bi špijuni mogli
bezbedno da šalju poruke,

ili u kvantnom računarstvu,
za razbijanje tajnih kodova.

Svakodnevna fizika počinje više
da liči na neobični kvantni svet.

Kvantna teleportacija
bi mogla da napreduje toliko

da jednog dana vaša mačka možda
pobegne u neku bezbedniju galaksiju

gde nema ni fizičara, ni kutija.