Кот Шрёдингера: мысленный эксперимент в квантовой механике — Чад Орзел

Посмотреть урок полностью: http://ed.ted.com/lessons/schrodinger-s-cat-a-thought-experiment-in-quantum-mechanics-chad-orzel
Австрийский физик Эрвин Шрёдингер, один из создателей квантовой механики, задал знаменитый вопрос: если поместить кота в герметичный ящик с устройством, которое с вероятностью в 50% может убить его в течение следующего часа, то в каком состоянии будет кот по окончании этого времени? Чад Орзел исследует этот мысленный эксперимент.
Урок — Чад Орзел, анимация — Agota Vegso.

Австрийский физик Эрвин Шрёдингер —
один из основателей квантовой механики,

но по-настоящему он известен тем,
чего никогда не делал:

мысленным экспериментом с участием кота.

Он представил, что помещает кота
в герметичный ящик с таким устройством,

которое с вероятностью 50% убьёт
этого кота в течение следующего часа.

По окончании этого времени
он задался вопросом о состоянии кота.

Здравый смысл подсказывает нам,
что кот либо жив, либо мёртв,

но Шрёдингер обращает внимание на то,
что, согласно квантовой физике,

на момент перед открытием ящика
кот и жив, и мёртв

одновременно.

Только при открытии ящика мы можем
увидеть одно определённое состояние.

До этого момента кот является
размытием вероятности —

наполовину жив, наполовину мёртв.

Это кажется нелепицей,
что Шрёдингер и хотел доказать.

Квантовая механика настолько его
философски озадачивала,

что он оставил теорию,
которую когда-то помог создать,

и обратился к занятиям биологией.

Какой бы нелепицей он не казался,
кот Шрёдингера вполне реален.

На самом деле он очень важен.

Если бы квантовые объекты не могли
существовать в двух состояниях сразу,

компьютера, который вы сейчас используете,
просто бы не было.

Квантовое явление суперпозиции —

следствие дуалистической —
волновой и корпускулярной — природы всего.

Чтобы иметь длину волны,

объекту нужно растянуться в пространстве,

занимая множество позиций
одновременно.

Однако длина волны объекта,
ограниченного малой областью пространства,

не может быть точно определена.

Поэтому объект существует во множестве
различных длин волн одновременно.

Мы не видим эти волновые свойства
у обычных предметов,

потому что длина волны уменьшается
с увеличением импульса.

И кот, с этой точки зрения,
относительно большой и тяжёлый.

Если мы возьмём атом и раздуем его
до размеров Солнечной системы,

длина волны кота, убегающего от физика,

будет так же мала,
как атом внутри этой Солнечной системы.

Поскольку этого слишком мало,
мы не увидим волнового поведения у кота.

Однако мельчайшая частица,
такая как электрон,

может ярко продемонстрировать
свою дуалистическую природу.

Если по одному направлять электроны
на препятствие с двумя узкими прорезями,

каждый из них будет обнаружен позади пластины
в одной точке и в определённый момент,

как частица.

Но если повторить эксперимент
несколько раз,

раз за разом фиксируя обнаруженное,

вы заметите, что они создают рисунок,
характерный для волнового поведения:

области со множеством электронов,

чередующиеся с областями,
где их нет вообще.

Заблокируйте одну из щелей —
и полосы уйдут.

Это показывает, что такой рисунок —
результат прохождения каждого электрона

через обе щели одновременно.

Электрон не выбирает, куда идти,

а идёт сразу и направо, и налево.

Эта суперпозиция состояний используется
в современных технологиях.

Электрон рядом с ядром атома
существует на волноподобной орбите.

Приблизьте два атома друг к другу,

и электронам не потребуется выбирать
между ними —

они будят поделены между атомами.

Так образуются некоторые химические связи.

Электрон в молекуле не принадлежит
только атому А или B, а сразу A и B .

Если добавить больше атомов,
электроны ещё больше рассеются,

распределяясь одновременно
между огромным числом атомов.

Электроны в твёрдом теле не привязаны
к отдельному атому,

а распределяются между всеми,
охватывая огромное пространство.

Эта гигантская суперпозиция состояний

определяет способы, которыми электроны
двигаются по веществу,

будь то проводник, полупроводник
или диэлектрик.

Понимание того, как атомы делят
электроны между собой,

позволяет нам строго контролировать
свойства полупроводниковых материалов,

таких как кремний.

Правильное комбинирование
различных полупроводников

позволяет создавать транзисторы
малых масштабов,

размещая миллионы
на обычном компьютерном чипе.

Эти чипы и их электроны

питают электроэнергией компьютер,
на котором вы смотрите это видео.

Старый анекдот гласит, что интернет
существует, чтобы смотреть видео про котиков.

Однако на очень глубоком уровне
интернет обязан своим существованием

австрийскому физику
и его воображаемому коту.