Как сказал некий А. Эйнштейн, осуждая не принятую им квантовую физику, бог не играет в кости. Возможно, но это не мешает учёным выступать в этой игре в роли крупье.
Бытует мнение, что квантовую физику понять и постичь невозможно. Разумеется, это так. Однако её закономерности вполне себе можно предсказывать и по мере сил использовать. О самых удивительных из них и пойдёт речь. Отбросим невразумительные формулы и сложные теории и взглянем на завораживающие факты.
Пациент скорее мёртв, чем жив
Речь о знаменитом мысленном эксперименте Шрёдингера, о котором вы наверняка слышали не раз, но на всякий случай, позволю себе освежить вашу память. Бюджет данного эксперимента: ящик, нестабильный радиоактивный элемент, токсин и один мёртвый-живой кот.
В ящике (в ожидании неминуемой смерти) пребывает безгрешный кот, там же находится радиоактивный элемент, при полном распаде которого разбивается колба со смертельным кошачьим ядом, и - прощай пушок.
Точное время распада элемента определить невозможно - в нашем арсенале лишь период его полураспада, иначе говоря, время, за которое распадётся половина радиоактивных ядер. Открывать же ящик категорически запрещено.
В этом и есть вся квантовая физика. Для нас кот пребывает сразу в двух состояниях: бодрости духа и отсутствии оного соответственно. Судьбу котика можно лишь предсказывать, опираясь на то, что с течением времени шансов на счастливую вненаучную пенсию у бедолаги всё меньше.
Таким образом, квантовый мир вечно балансирует в двух состояниях, покуда в дело не вмешается наблюдатель и не нарушает этот загадочный дуализм.
Кажется, я запутался
Первым из удивительных квантовых эффектов предлагаю рассмотреть эффект квантовой запутанности. Механика его сложна и непостижима, но суть проста и изящна.
В результате некоторых манипуляций (например, довольно крепком столкновении двух частиц), мы получаем два новорожденных фотона в запутанном состоянии. И теперь, наблюдая за одним из них, мы вполне способны зафиксировать значение его момента импульса (спина). Тут-то и начинается мистика. Появившийся из того же "чрева" второй фотон тут же обретает импульс с противоположным значением.
Но этого недостаточно. Повторяем наш эксперимент и разносим две полученные частицы в разные концы Земли, Солнечной системы, Млечного Пути, да хоть Видимой Вселенной. Снова измеряем спин одного фотона. Второй фотон моментально, игнорируя ограничение в максимальной скорости передачи информации, теряет своё запутанное состояние и обретает противоположный спин.
Что мы имеем в итоге? Две "родившиеся" в одном и том же месте частицы способны обладать некой родственной связью, общаться и неким образом взаимодействовать на бесконечных расстояниях в мгновение ока. Шок!
Принципы данной особенности поведения квантовых частиц успешно используют в квантовой криптографии и прочих шифрованиях.
Помогите мне определиться
Принцип неопределённости Гейзенберга вы, скорее всего, проходили на уроках физики, но встряхнуть чертоги разума не помешает. Суть его заключается в следующем: невозможно одновременно измерить импульс частицы (грубо говоря, скорость) и её положение в пространстве. Чем больше информации мы имеем о местонахождении частицы, тем меньше мы знаем о её скорости.
Проходило множество экспериментов, подтверждающих справедливость данного принципа. Однако большинство из них проводились именно с объектами квантовых размеров. Недавно учёные подняли ставки и обнаружили прелюбопытнейшую деталь.
Использовав в качестве испытуемого не частицу, а полноценную (хоть и чрезвычайно крохотную) алюминиевую полоску, учёные вновь подтвердили этот принцип. После каждого замера координат местоположение её менялось, то есть, фиксируя, где полоска припарковалась в последний раз, учёные прямым образом изменяли её скорость.
Вторым же интересным наблюдением стало то, что при этих самых замерах температура полоски понижалась. Получается, что сам факт наблюдения за системой способен изменять её на физическом уровне. Готовы сыграть в бога?
Раздвоение личности
Надеюсь, вы исправно посещали уроки физики, потому что сейчас речь пойдёт о волновой теории, но, как всегда, без заумных терминов.
Свет, являясь в одной своей ипостаси волной, проявляет все характерные волне свойства. Частицы света, фотоны, как бы проходя сквозь две щели на медной пластине одновременно, образуют на экране за ней не две световых полоски, а полноценную интерференционную картину.
Казалось бы, образуют, и бог с ними. Но не всё так просто.
Однажды учёные решили пустить сквозь две щели не сплошной поток фотонов, а каждую частицу по отдельности. На удивление, картинка повторилась: вновь интерференционные полосы. Тогда господа разумисты решили пронаблюдать за движением каждого из них. Вот тут-то вновь начинается мистика.
Как только учёные принялись отслеживать движение каждой частицы при помощи приборов, обнаружилось невообразимое: интерференционная картина разрушилась, частицы выстроились в два стройных ряда, как и полагает простым частицам, но не волне. И снова шок! Частицы словно замечают факт наблюдения за собой и моментально изменяют своё поведение.
Данный эксперимент проводился ещё не раз. Использовались иные частицы, в том числе и электроны, а также полноценные молекулы размером до одного нанометра. Результаты же оставались неизменными - микромир по-прежнему не был равнодушен к вмешательству Большого Брата.
Море частиц рождает волну
Одной из интереснейших теорий, объясняющих все эти причудливые феномены, является модель Хью Эверетта. Согласно ей, квантовой механики не существует вовсе. Частицы живут ровно по таким же принципам, что и мы с вами, подчиняясь законам некоего Н. Ньютона. Однако без одного "однако" - никуда.
Возможно, миров, параллельных нашей реальности, существует великое множество. В каждом из них частицы придерживаются классических законов механики, однако, сталкиваясь со своими клонами из параллельных миров, высвобождают те самые волны, распространяющиеся на все миры. Отсюда и следуют все эти причудливые эффекты.
Вы и вправду думаете, что Луна существует, лишь когда вы на нее смотрите?
Микромир с его запутанностью, неопределённостью и прочим корпускулярно-волновым дуализмом - мир, к сожалению, навсегда закрытый от глаз человека. Мы никогда не узнаем истинной природы поведения частиц, поскольку наблюдая за ними, мы нарушаем саму структуру их бытия, вовлекая их в наш макромир и заставляя их играть по нашим макроправилам. Играть в бога, порабощая миры, или же играть в бога, подбрасывая кости? Решать вам.