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.
Austrijski fizičar Ervin Šredinger je jedan od osnivača kvantne mehanike, ali se najviše proslavio zbog nečega što zapravo nikada nije uradio: misaoni eksperiment koji uključuje mačku. Zamislio je mačku koja je smeštena u zatvorenoj kutiji sa uređajem koji je imao 50 % šansi da ubije mačku u toku sledećeg sata. Na kraju tog sata, postavio je pitanje: „U kakvom je stanju mačka?” Zdrav razum navodi na pomisao da je mačka živa ili mrtva, ali je Šredinger tvrdio da je, prema kvantnoj fizici, u deliću sekunde kada se kutija otvara, mačka jednako živa i mrtva u isto vreme. Tek kada se kutija otvori, vidimo jedno od ta dva definitivna stanja. Do tada, mačka je izmaglica mogućnosti, pola jedna, a pola druga stvar. Ovo se čini apsurdno, što je i Šredingerova poenta. Mislio je da je kvantna fizika toliko filozofski uznemirujuća po razum, da je napustio teoriju čiji je nastanak pomogao i okrenuo se pisanju o biologiji. Apsurdna kakvom se i čini, Šredingerova mačka je veoma stvarna. U stvari, suštinska je. Da za kvantne objekte nije moguće da budu odjednom u dva stanja, kompjuter koji koristite ne bi mogao da postoji. Kvantna pojava superpozicije posledica je dvojne prirode čestice i talasne prirode svega. Da bi predmet imao talasnu dužinu, mora da se proširi preko nekog područja prostora, što znači da zauzima mnogo pozicija u isto vreme. Talasna dužina predmeta ograničenog na malo područje prostora ipak se ne može savršeno definisati. Dakle, postoji na mnogo različitih talasnih dužina u isto vreme. Ne vidimo talasne osobine za svakodnevne predmete jer se talasna dužina smanjuje kako se momentum povećava, a mačka je relativno velika i teška. Ako bismo uzeli pojedinačni atom i uvećali ga do veličine Sunčevog sistema, talasna dužina mačke koja beži od fizičara bila bi jednako mala kao i atom unutar tog Sunčevog sistema. To je isuviše malo da bi bilo primetno, pa nikada nećemo videti ponašanje talasa kod mačke. Sićušna čestica kao elektron, na primer, može prikazati dramatičan dokaz o svojoj dvojnoj prirodi. Ako ispaljujemo elektrone jedan po jedan na par uskih proreza na nekoj prepreci, svaki elektron na udaljenoj strani je pojedinačno mesto u određenom trenutku, kao čestica. Međutim, ako ponovite ovaj eksperiment mnogo puta, vodeći evidenciju o svim pojedinačnim opažanjima, videćete da prikazuju obrazac koji je karakterističan za ponašanje talasa: skup linija - područja sa puno elektrona koja su odvojena područjima gde ih uopšte nema. Blokirajte jedan od ovih proreza i linije nestaju. Ovo pokazuje da je obrazac rezultat prolaženja svakog elektrona kroz oba proreza u isto vreme. Pojedinačni elektron ne bira da li će ići levo ili desno, već i levo i desno istovremeno. Ova superpozicija stanja vodi i ka modernoj tehnologiji. Elektron u blizini jezgra atoma postoji u raširenoj orbiti nalik talasu. Stavite blizu dva atoma i elektronima ne treba da izaberu samo jedan atom, već se dele između njih. Na ovaj način se formiraju i neke hemijske veze. Elektron u molekulu nije samo u atomu A ili B, već u A + B. Kako dodajete atome, elektroni se više šire, deleći se na ogroman broj atoma u isto vreme. Elektroni kod čvrstog stanja nisu vezani za određeni atom, već se dele među njima, šireći se po velikom prostornom opsegu. Ova gigantska superpozicija stanja određuje način na koji se elektroni kreću kroz materijal, bilo da je u pitanju provodnik, izolator ili poluprovodnik. Razumevanje načina na koji se elektroni dele između atoma dozvoljava nam da precizno kontrolišemo osobine poluprovodničkih materijala, kao što je silikon. Kombinovanje različitih poluprovodnika na pravi način dozvoljava nam da napravimo sićušne tranzistore, milione njih na pojedinačnom kompjuterskom čipu. Ovi čipovi i njihovi rašireni elektroni pokreću kompjuter koji koristite da biste gledali ovaj video. Stari vic kaže da internet postoji da bi se delili snimci o mačkama. Dublje posmatrano, ipak, internet duguje svoje postojanje austrijskom fizičaru i njegovoj imaginarnoj mački.