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.
Fizicianul austriac Erwin Schrödinger este unul dintre fondatorii mecanicii cuantice, însă el este cel mai cunoscut pentru ceva ce nu a făcut de fapt, și anume un experiment mintal care implică o pisică. El și-a imaginat că a luat o pisică și a pus-o într-o cutie sigilată, împreună cu un dispozitiv cu șanse de 50% să omoare pisica în următoarea oră. La finalul acelei ore, el a întrebat: „În ce stare se află pisica?” Simțul rațiunii sugerează că pisica ar fi ori vie, ori moartă, însă Schrödinger a subliniat că potrivit fizicii cuantice, în momentul de dinaintea deschiderii cutiei, pisica este în raport egal și vie, și moartă, în același timp. Doar când se deschide cutia, vedem o singură stare definită. Până atunci, starea pisicii este o probabilitate înceţoşată, jumătate într-un fel și jumătate altfel. Acest lucru pare absurd, ceea ce a fost și ideea lui Schrödinger. El considera că fizica cuantică era atât de tulburătoare filosofic, încât a abandonat teoria la care a contribuit și s-a concentrat pe scrisul despre biologie. Pe cât de absurd poate părea însă, „Pisica lui Schrödinger” este foarte reală. De fapt, este chiar esențială. Dacă nu era posibil ca obiectele cuantice să se afle în două stări simultan, computerul pe care îl folosiți ca să vedeți asta nu ar putea exista. Fenomenul cuantic al superpoziției este o consecință a naturii duale de particulă și undă a fiecărui lucru. Pentru ca un obiect să aibă o lungime de undă, trebuie să se extindă într-un anumit spațiu, ceea ce înseamnă că ocupă mai multe poziții simultan. Lungimea de undă a unui obiect limitat la o mică porțiune de spațiu nu poate fi perfect definită, totuși. Deci, există sub forma mai multor lungimi de undă, în același timp. Nu vedem aceste proprietăți de undă în obiectele uzuale pentru că lungimea de undă scade pe măsură ce impulsul crește, iar o pisică este destul de mare și grea. Dacă am lua un singur atom și l-am mări până la mărimea Sistemului Solar, lungimea de undă a pisicii care fuge de un fizician ar fi la fel de mică ca un atom din acel Sistem Solar. Este mult prea mică pentru a o detecta, așa că nu vom vedea comportamentul de undă la o pisică. O particulă mică, precum electronul, însă, poate arăta dovezi importante ale naturii sale duale. Dacă tragem cu câte un electron pe rând către un set de două fante înguste tăiate în barieră, fiecare electron pe partea îndepărtată este detectat într-un singur loc, la un timp anume, ca o particulă. Dar dacă repetați acest experiment de multe ori, ținând socoteala fiecărei detectări individuale, îi veți vedea trasând un tipar caracteristic comportamentului undelor: un set de dungi, regiuni cu mulți electroni separați în zone cu niciunul. Dacă blocați una dintre fante, dungile vor dispărea. Aceasta arată că tiparul este rezultatul fiecărui electron parcurgând ambele fante în același timp. Un singur electron nu decide dacă o ia la stânga sau la dreapta, ci stânga și dreapta simultan. Această suprapunere a stărilor duce, de asemenea, la tehnologie modernă. Un electron lângă nucleul unui atom există într-o orbită răsfirată, ca o undă. Apropiind doi atomi unul de altul, electronii nu trebuie să aleagă doar un atom, ci sunt împărtășiți între ei. Așa se formează unele legături chimice. Un electron într-o moleculă nu aparține doar atomului A sau B, ci lui A+B. Adăugând atomi, electronii se răspândesc mai mult, fiind împărtășiți cu numere vaste de atomi în același timp. Electronii unui solid nu sunt legați de un anumit atom, ci împărțiți între ei, întinzându-se peste o rază largă de spațiu. Gigantica superpoziție a stărilor determină modul în care electronii se mișcă prin materiale, fie printr-un conductor, izolator sau semiconductor. Înțelegând cum electronii sunt împărțiți între atomi, putem să manevrăm precis proprietățile materialelor semiconductoare, precum siliconul. Combinând adecvat diversitatea semiconductorilor, putem crea tranzistori la scală mică, milioane pe un singur cip de computer. Aceste cipuri și electronii lor răsfirați alimentează computerul folosit pentru urmărirea acestui video. O veche glumă spune că Internetul există pentru a ne permite distribuirea filmulețelor cu pisici. La un nivel foarte adânc, totuși, Internetul își datorează existența