عالم الفيزياء النمساوي إروين شرودنجر هو أحد مؤسسي ميكانيكا الكم، ولكنه مشهور أكثر بشئ لم يفعله أبدًا في الواقع: هذا الشي هو تجربة فكرية تتعلق بقطة. لقد تخيل أنه أخذ قطة ووضعها في صندوق محكم الغلق مع جهاز يحتمل أن يقتل القطة بنسبة 50% في الساعة التالية. وفي نهاية هذه الساعة، طرح سؤالًا: "ما حالة هذه القطة؟" يشير المنطق السليم إلى أن القطة إما حية وإما ميتة، ولكن شرودنجر أشار إلى أنه، وفقًا لميكانيكا الكم، عند اللحظة التي تسبق فتح الصندوق، تكون القطة حية وميتة بالتساوي في نفس الوقت. فقط عندما يتم فتح الصندوق يمكننا رؤية حالة واحدة محددة. وحتى يحدث ذلك، فإن القطة تمثل كتلة مبهمة من الاحتمالية، نصفها شئ والنصف الثاني شئ آخر. هذا يبدو سخيفًا، وتلك كانت وجهة نظر شرودنجر. فقد وجد فيزياء الكم شديدة الفلسفة بشكل مزعج، لذلك ترك النظرية التي ساعد في تكوينها واتجه إلى الكتابة عن علم الأحياء. وعلى الرغم من أن فكرة قطة شرودنجر قد تبدو سخيفة، إلا أنها حقيقية جدًا. في الواقع، هي جوهرية. إذا لم يكن من الممكن أن توجد الأجسام الكمية في حالتين في نفس الوقت، لن يكون جهاز الكمبيوتر الذي تستخدمه لمشاهدة هذا الفيديو موجودًا. الظاهرة الكمية للتراكب تترتب على الطبيعة المزدوجة لموجات وجسيمات كل شئ. وليكون لأي جسم طول موجي، يجب أن يمتد هذا الجسم خلال مساحة من الفضاء، مما يعني أنه يحتل مواضع عديدة في نفس الوقت. على الرغم من ذلك، لا يمكن تحديد الطول الموجي لجسم يمتد في مساحة صغيرة من الفضاء بشكل دقيق. لذلك يوجد الجسم في أطوال موجية عديدة في نفس الوقت. ونحن لا نرى هذه الخصائص الموجية للأشياء التي نتعامل معها يوميًا لأن الطول الموجي يتناقص مع زيادة كمية الحركة. والقطة ثقيلة وكبيرة الحجم نسبيًا. إذا أخذنا ذرة واحدة وقمنا بتكبيرها في حجم المجموعة الشمسية، سيكون الطول الموجي لقطة تحاول الهرب من عالم فيزياء في صِغر ذرة واحدة ضمن المجموعة الشمسية. وهذا صغير جدًا لدرجة لا يمكن قياسها، لذلك لا نرى سلوك الموجة للقطة. ومع ذلك، فإن جسيم صغير مثل الإلكترون يمكن أن يوفر دليلًا واضحًا على طبيعته المزدوجة. إذا أطلقنا الإلكترونات واحدًا بعد الآخر نحو شقين ضيقين في برميل يتم رصد كل إلكترون عند الجانب البعيد في مكان واحد عند لحظة محددة، مثل الجسيم. لكن إذا قمت بتكرار هذه التجربة لعدة مرات، مع تتبع كل عمليات الرصد الفردية، سترى أنها تكوّن نمط يمثل صفة مميزة لسلوك الموجة: مجموعة من الأشرطة - مساحات بها إلكترونات عديدة تفصلها مساحات خالية من أي إلكترونات. قم بسد أحد الشقين وستختفي هذه الأشرطة. وهذا يوضح أن النمط ينتج عن مرور كل إلكترون من خلال الشقين الاثنين في نفس الوقت. فالإلكترون الواحد لا يختار أن يتحرك إلى اليمين أو اليسار، بل يتحرك إلى اليمين واليسار معًا. ويؤدي هذا التراكب أيضًا إلى التكنولوجيا الحديثة. الإلكترون الموجود قرب نواة الذرة يوجد في مدار متسع شبيه بالموجة. إذا قمت بتقريب ذرتين معًا، لن تحتاج الإلكترونات لاختيار ذرة واحدة فقط، لكن يتم مشاركتها بين الذرتين. هذه هي طريقة تكوين بعض الروابط الكيميائية. فالإلكترون في الجزئ ليس فقط في الذرة (أ) أو الذرة (ب)، بل في (أ) و(ب). وبإضافة مزيد من الذرات، ستنتشر الإلكترونات بشكل أكبر، ويتم مشاركتها بين عدد كبير من الذرات في نفس الوقت. فالإلكترونات في المادة الصلبة ليست مرتبطة بذرة معينة ولكنها مشتركة بين جميع الذرات، وممتدة خلال نطاق كبير من الفضاء. ويحدد التراكب الهائل للحالات طريقة تحرك الإلكترونات خلال المادة، سواء أكانت مادة موصلة أم عازلة أم شبه موصلة. يسمح لنا فهم كيفية مشاركة الإلكترونات بين الذرات بالتحكم بشكل دقيق في خصائص المواد شبه الموصلة، مثل السيليكون. الجمع بين مواد شبه موصلة مختلفة بالطريقة الصحيحة يسمح لنا بصنع الترانزستورات على نطاق صغير، الملايين منها على رقاقة كمبيوتر واحدة. تقوم هذه الرقاقات والإلكترونات المنتشرة بها بإمداد الكمبيوتر الذي تستخدمه الآن لمشاهدة هذا الفيديو بالطاقة. هناك مزحة قديمة تقول أن الإنترنت موجود ليسمح بمشاركة مقاطع فيديو للقطط. ومع ذلك، على مستوى شديد العمق، يرجع الفضل في وجود الإنترنت إلى عالم فيزياء نمساوي وقطته الخيالية.
Austrian physicist Erwin Schrödinger is one of the founders of quantum mechanics, but he's most famous for something he never actually did: a thought experiment involving a cat. He imagined taking a cat and placing it in a sealed box with a device that had a 50% chance of killing the cat in the next hour. At the end of that hour, he asked, "What is the state of the cat?" Common sense suggests that the cat is either alive or dead, but Schrödinger pointed out that according to quantum physics, at the instant before the box is opened, the cat is equal parts alive and dead, at the same time. It's only when the box is opened that we see a single definite state. Until then, the cat is a blur of probability, half one thing and half the other. This seems absurd, which was Schrödinger's point. He found quantum physics so philosophically disturbing, that he abandoned the theory he had helped make and turned to writing about biology. As absurd as it may seem, though, Schrödinger's cat is very real. In fact, it's essential. If it weren't possible for quantum objects to be in two states at once, the computer you're using to watch this couldn't exist. The quantum phenomenon of superposition is a consequence of the dual particle and wave nature of everything. In order for an object to have a wavelength, it must extend over some region of space, which means it occupies many positions at the same time. The wavelength of an object limited to a small region of space can't be perfectly defined, though. So it exists in many different wavelengths at the same time. We don't see these wave properties for everyday objects because the wavelength decreases as the momentum increases. And a cat is relatively big and heavy. If we took a single atom and blew it up to the size of the Solar System, the wavelength of a cat running from a physicist would be as small as an atom within that Solar System. That's far too small to detect, so we'll never see wave behavior from a cat. A tiny particle, like an electron, though, can show dramatic evidence of its dual nature. If we shoot electrons one at a time at a set of two narrow slits cut in a barrier, each electron on the far side is detected at a single place at a specific instant, like a particle. But if you repeat this experiment many times, keeping track of all the individual detections, you'll see them trace out a pattern that's characteristic of wave behavior: a set of stripes - regions with many electrons separated by regions where there are none at all. Block one of the slits and the stripes go away. This shows that the pattern is a result of each electron going through both slits at the same time. A single electron isn't choosing to go left or right but left and right simultaneously. This superposition of states also leads to modern technology. An electron near the nucleus of an atom exists in a spread out, wave-like orbit. Bring two atoms close together, and the electrons don't need to choose just one atom but are shared between them. This is how some chemical bonds form. An electron in a molecule isn't on just atom A or atom B, but A+ B. As you add more atoms, the electrons spread out more, shared between vast numbers of atoms at the same time. The electrons in a solid aren't bound to a particular atom but shared among all of them, extending over a large range of space. This gigantic superposition of states determines the ways electrons move through the material, whether it's a conductor or an insulator or a semiconductor. Understanding how electrons are shared among atoms allows us to precisely control the properties of semiconductor materials, like silicon. Combining different semiconductors in the right way allows us to make transistors on a tiny scale, millions on a single computer chip. Those chips and their spread out electrons power the computer you're using to watch this video. An old joke says that the Internet exists to allow the sharing of cat videos. At a very deep level, though, the Internet owes its existance to an Austrian physicist and his imaginary cat.