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.
فیزیکدان اتریشی اروین شرودینگر یکی از پایهگذاران مکانیک کوانتوم است، اما بیشتر به خاطر کاری که درواقع هرگز نکرد مشهور است: یک تجربه فکری شامل یک گربه. او تصور کرد یک گربه را بگیریم و در یک جعبه بسته قرار دهیم با دستگاهی که ۵۰٪ ممکن است گربه را در یک ساعت آینده بکشد. در پایان آن ساعت میپرسد، "موقعیت گربه چیست؟" احساس عمومی میگوید که یا مرده است یا زنده، اما شرودینگر با توجه به فیزیک کوانتوم آن را بررسی کرد، در لحظهای قبل از باز شدن در جعبه، گربه به یک اندازه و همزمان هم زنده است و هم مرده. تنها زمانی که در جعبه را باز میکنیم متوجه موقعیت قطعی میشویم. تا آن زمان، گربه هالهای از احتمال است، نیم یک چیز و نیمی چیز دیگر. مبهم به نظر میرسد، هدف شرودینگر هم همین است. او فیزیک کوانتوم را آنقدر از نظر فلسفی مشکل ساز دید، که نظریهای که خودش به ساختن آن کمک کرده بود را نادیده گرفت و به نوشتن درباره زیستشناسی روی آورد. هر چند خیلی مبهم به نظر میرسد، با این وجود گربه شرودینگر خیلی واقعی است. در واقع، ضروری است. اگر برای چیزهای کوانتومی داشتن دو موقعیت در آن واحد امکان پذیر نبود، کامپیوتری که برای دیدن این ویدیو استفاده میکنید نمیتوانست به وجود بیاید. پدیده کوانتومی برهمنهی نتیجهای از ذره دوگانه و ماهیت موجی همه چیز است. برای آنکه یک چیز طول موج داشته باشد، باید در بخشی از فضا گسترده شود، و این یعنی در آن واحد موقعیتهای بسیاری را اشغال میکند. اما طول موج چیزی که به بخش کوچکی از فضا محدود است را نمیتوان کاملاً شرح داد. چون در یک زمان در چندین طول موج وجود دارد. ما این خصوصیات موجی را برای اجسام روزمره نمیبینیم چون طول موج با افزایش تکانه کاهش مییابد. و یک گربه نسبتاً بزرگ و سنگین است. اگر یک اتم را برداریم و به اندازه منظومه شمسی بزرگ کنیم، طول موج گربهای که از دست یک فیزیکدان فرار میکند به کوچکی یک اتم در آن منظومه شمسی خواهد بود. خیلی کوچکتر از آن است که تشخیص داده شود، پس ما هیچ وقت رفتار موجی از یک گربه نخواهیم دید. اما ذرهای کوچک مثل الکترون میتواند شواهد چشمگیری از طبیعت دوگانه خود نشان دهد. اگر الکترونها را یکی یکی به سمت دو درز باریک که در مانع ایجاد شده پرتاب کنیم، در آن سوی مانع هر الکترون مانند یک ذره در یک مکان واحد و در لحظه واحد یافت میشود. اما اگر این آزمایش را بارها تکرار کنید، و تمام شناساییهای مجزا را دنبال کنید، خواهید دید الگویی ایجاد میکنند که ویژگی رفتار موجی است: دستهای از نوارها - مناطقی با چندیدن الکترون که از مناطقی که هیچ الکترونی ندارند جدا شدهاند. اگر یکی از شکافها را بپوشانید نوارها از بین خواهند رفت. این نشان میدهد که الگو نتیجه عبور هر الکترون از هر دو شکاف در یک زمان است. یک الکترون بین چپ و راست انتخاب نمیکند بلکه از چپ و راست با هم عبور میکند. این برهمنهی موقعیتها همچنین منجر به فناوری مدرن شده است. یک الکترون نزدیک هسته اتم در پهنهای با مدار موج مانند وجود دارد. دو اتم را به هم نزدیک کنید، و الکترونها بین آن دو اتم یکی را انتخاب نخواهند کرد بلکه بین آنها تقسیم خواهند شد. بعضی پیوندهای شیمیایی به این صورت شکل میگیرند. یک الکترون در یک مولکول تنها روی اتم A یا اتم B نیست، بلکه روی A+B است. با اضافه شدن اتمهای بیشتر، الکترونها بیشتر پخش میشوند، و در آن واحد میان تعداد زیادی اتم به اشتراک گذاشته میشوند. الکترونهای جسم جامد به یک اتم خاص نمیچسبند بلکه بین همه آنها به اشتراک گذاشته میشوند و در فضای وسیعی گسترش مییابند. این برهمنهی عظیم موقعیتها نحوه حرکت الکترونها در ماده را مشخص میکند، چه رسانا، عایق یا نیمه رسانا باشد. درک نحوه اشتراک الکترونها میان اتمها به ما اجازه میدهد ویژگیهای مواد نیمه رسانا مانند سیلیکون را به صورت دقیق کنترل کنیم. با درست ترکیب کردن نیمه رساناهای مختلف میتوانیم ترانزیستورهایی در ابعاد خیلی کوچک بسازیم، و میلیونها از آنها را روی یک چیپ کامپیوتری قرار دهیم. آن چیپها و الکترونهای پخششده آنها کامپیوتری که برای دیدن این ویدیو استفاده میکنید را روشن میکنند. یک لطیفه قدیمی میگوید اینترنت وجود دارد تا فیلمهای گربه را به اشتراک بگذاریم. پس در سطحی بسیار عمیق، اینترنت وجود خود را مدیون فیزیکدان اتریشی و گربه خیالیاش است.