Ο Αυστριακός φυσικός Έρβιν Σρέντιγκερ είναι ένας από τους θεμελιωτές της κβαντικής μηχανικής, αλλά είναι περισσότερο γνωστός για κάτι που τελικά δεν έκανε ποτέ: Ένα νοητικό πείραμα με μια γάτα. Φαντάστηκε ότι παίρνει μια γάτα και τη βάζει σε ένα σφραγισμένο κουτί με μια συσκευή που έχει 50% πιθανότητες να σκοτώσει τη γάτα μέσα στην επόμενη ώρα. Στο τέλος της ώρας, ρώτησε: «Ποια είναι η κατάσταση της γάτας;» Η κοινή λογική λέει ότι η γάτα είναι είτε ζωντανή είτε νεκρή, αλλά ο Σρέντιγκερ επισήμανε ότι σύμφωνα με την κβαντική φυσική, τη στιγμή πριν ανοίξει το κουτί, η γάτα είναι εξίσου ζωντανή και νεκρή, ταυτόχρονα. Μόνο όταν ανοίξει το κουτί βλέπουμε μια μοναδική οριστική κατάσταση. Μέχρι τότε, η γάτα είναι μια θαμπάδα πιθανοτήτων, μισό από το ένα πράγμα και μισό από το άλλο. Φαίνεται παράλογο, που ήταν και το θέμα του Σρέντιγκερ. Έβρισκε την κβαντική μηχανική τόσο φιλοσοφικά ενοχλητική, που παράτησε τη θεωρία που βοήθησε να δημιουργηθεί και στράφηκε στο γράψιμο για τη βιολογία. Όμως, όσο παράλογο κι αν φαίνεται, η γάτα του Σρέντιγκερ είναι πολύ αληθινή. Στην πραγματικότητα, είναι ουσιώδης. Αν τα κβαντικά αντικείμενα δεν μπορούσαν να είναι ταυτόχρονα σε δύο καταστάσεις, ο υπολογιστής που χρησιμοποιείτε για να παρακολουθήσετε αυτό δεν θα υπήρχε. Το κβαντικό φαινόμενο της επαλληλίας είναι ένα αποτέλεσμα του δυαδικού μορίου και της κυματικής φύσης των πάντων. Για να έχει ένα αντικείμενο μήκος κύματος, πρέπει να εκτείνεται σε κάποια περιοχή του χώρου, που σημαίνει ότι καταλαμβάνει πολλές θέσεις ταυτόχρονα. Το μήκος κύματος ενός αντικειμένου που περιορίζεται σε έναν μικρό χώρο δεν μπορεί να προσδιοριστεί τέλεια. Έτσι, υπάρχει σε πολλά διαφορετικά μήκη κύματος ταυτόχρονα. Δεν βλέπουμε αυτές τις ιδιότητες των κυμάτων σε καθημερινά αντικείμενα επειδή το μήκος κύματος μειώνεται καθώς αυξάνεται η ορμή. Και η γάτα είναι σχετικά μεγάλη και βαριά. Αν παίρναμε ένα άτομο και το μεγεθύναμε στο μέγεθος του ηλιακού μας συστήματος, το μήκος κύματος μιας γάτας που τρέχει από έναν φυσικό θα ήταν τόσο μικρό όσο ένα άτομο μέσα σε αυτό το ηλιακό σύστημα. Παραείναι μικρό για να εντοπιστεί, έτσι δεν θα δούμε ποτέ τη συμπεριφορά του κύματος από μια γάτα. Όμως ένα μικροσκοπικό σωματίδιο, όπως ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να δείξει δραματικά στοιχεία της δυαδικής του φύσης. Αν ρίξουμε ηλεκτρόνια, ένα ένα, σε ένα σετ από δύο στενά κοψίματα σε ένα φράγμα, κάθε ηλεκτρόνιο στην αθέατη πλευρά ανιχνεύεται σε ένα σημείο σε κάποια στιγμή όπως ένα σωματίδιο. Αλλά αν επαναλάβετε αυτό το πείραμα πολλές φορές, σημειώνοντας όλες τις μεμονωμένες ανιχνεύσεις, θα τα δείτε να σκιαγραφούν ένα μοτίβο, χαρακτηριστικό της συμπεριφοράς κυμάτων: Ένα σετ από λωρίδες - περιοχές με πολλά ηλεκτρόνια διαχωρισμένα από περιοχές όπου δεν υπάρχει κανένα. Μπλοκάρετε μία από τις σχισμές και οι λωρίδες εξαφανίζονται. Αυτό δείχνει ότι το μοτίβο είναι το αποτέλεσμα κάθε ηλεκτρονίου που περνά ταυτόχρονα μέσα και από τις δύο σχισμές. Ένα μεμονωμένο ηλεκτρόνιο δεν επιλέγει να πάει αριστερά ή δεξιά αλλά αριστερά και δεξιά ταυτόχρονα. Αυτή η επαλληλία των καταστάσεων οδηγεί και στη μοντέρνα τεχνολογία. Ένα ηλεκτρόνιο κοντά στον πυρήνα ενός ατόμου υπάρχει σε μια απλωμένη τροχιά, σαν κύμα. Φέρτε δύο άτομα κοντά και τα ηλεκτρόνια δεν χρειάζεται να επιλέξουν μόνο ένα άτομο αλλά μοιράζονται μεταξύ τους. Έτσι δημιουργούνται μερικές χημικές ενώσεις. Ένα ηλεκτρόνιο σε ένα μόριο δεν είναι απλώς άτομο Α ή άτομο Β, αλλά Α+Β. Καθώς προσθέτετε περισσότερα άτομα, τα ηλεκτρόνια απλώνονται περισσότερο, μοιράζονται ανάμεσα σε μεγάλους αριθμούς ατόμων ταυτόχρονα. Τα ηλεκτρόνια στα στερεά δεν συνδέονται σε ένα συγκεκριμένο άτομο αλλά μοιράζονται με όλα, και επεκτείνονται σε μεγάλο εύρος χώρου. Η γιγαντιαία επαλληλία καταστάσεων προσδιορίζει πώς κινούνται τα ηλεκτρόνια μέσα στο υλικό, είτε είναι ένας αγωγός ή ένας μονωτής ή ένας ημιαγωγός. Η κατανόηση του πώς μοιράζονται τα ηλεκτρόνια στα άτομα μας επιτρέπει να ελέγξουμε με ακρίβεια τις ιδιότητες υλικών ημιαγωγών, όπως η σιλικόνη. Ο συνδυασμός διαφορετικών ημιαγωγών με τον σωστό τρόπο μας επιτρέπει να φτιάξουμε κρυσταλλολυχνίες σε μικρό μέγεθος, εκατομμύρια σε ένα μοναδικό τσιπάκι υπολογιστή. Αυτά τα τσιπ και τα απλωμένα ηλεκτρόνιά τους δίνουν ισχύ στον υπολογιστή που βλέπετε αυτό το βίντεο. Ένα παλιό αστείο λέει ότι το Διαδίκτυο υπάρχει για να μπορούμε να μοιραζόμαστε βίντεο με γάτες. Όμως, κατά βάθος, το Διαδίκτυο χρωστά την ύπαρξή του σε έναν Αυστριακό φυσικό και τη φανταστική του γάτα.
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.