Находится в двух местах одновременно могут электроны, могут фотоны. Почему же вы и я тоже не можем этого сделать?
Помимо досадной неспособности проявляться в любом количестве мест одновременно, мы сами являемся чем-то вроде квантового явления. То есть, меня в действительности “много”, и все “я” занимаем одно и то же тело. Ты не один, тебя “много” и ты случайным образом каждый раз меняешься, но при этом физическое тело одно.
Одна из величайших загадок физики
Около 80 лет назад ученые обнаружили, что возможно находиться в двух местах одновременно — по крайней мере, для атома или субатомной частицы, такой как электрон. Миром таких крошечных объектов управляет свод физических законов, известных как квантовая механика. При очень микроскопическом диапазоне собственных размеров каждая частица материи и энергии существует в состоянии размытого потока, что позволяет ей занимать не просто два места, а бесконечное их количество одновременно.
Конечно, мир, который мы видим, подчиняется совершенно другому набору правил: есть, например, только один Московский Кремль, только одно озеро Байкал, только один автобус номер 10 прибывающий сейчас на остановку. Как же объяснить, что Вселенная разделена на две отдельные и непримиримые реальности “квантовую” и “мир наших физических законов”. Если все во Вселенной состоит из квантовых элементов, почему мы не видим квантовых эффектов в повседневной жизни? Почему автобус номер 10, состоящий из квантовых частиц, не может материализоваться здесь, там и везде сразу?
Многие физики находят этот вопрос настолько неприятным, что полностью игнорируют его. Вместо этого они сосредотачиваются на том, что работает в их теориях. Уравнения квантовой механики проделывают фантастическую работу:
- описывают поведение частиц при разрушении атомов,
- ядерные реакции, благодаря которым светит солнце,
- химические процессы, лежащие в основе биологии и др.
Квантовая механика дает нам замечательные предсказания и экспериментальные подтверждения для мелкомасштабных сценариев, но в обычных масштабах она дает нам бессмыслицу. Если мы просто будем следовать уравнениям, получится неразбериха.
Квантовая теория имеет такой же смысл для людей, как и для частиц. Одна из теорий в разгадке секрета, который держит квантового джинна плотно закупоренным в атомном мире, это гравитация. Весь секрет в гравитации.
Та сила, которая приковывает нас к земле, также удерживает нас запертыми в реальности, в которой все упорядочено, едино и, к лучшему или к худшему, укоренено только в одном месте.
Ну, что? Интересно? Тогда двигаемся дальше)))
Помимо досадной неспособности проявляться в любом количестве мест одновременно, мы сами являемся чем-то вроде квантового явления. То есть, меня в действительности “много”, и все “я” занимаем одно и то же тело. Ты не один, тебя “много” и ты случайным образом каждый раз меняешься, но при этом физическое тело одно.
Запутанно, правда?))) Кванты они такие)
Принцип суперпозиции
Благодаря принципу суперпозиции объекты могут находиться в двух местах одновременно. Сводящая с ума часть этой проблемы заключается в том, что способность частиц существовать в двух местах одновременно — это не просто теоретическая абстракция. Это очень реальный аспект того, как работает субатомный мир, и это было экспериментально подтверждено много раз. Одна из самых ярких демонстраций - эксперимент с двумя щелями. Если вы еще не слышали о таком, то найдите в википедии описание опыта, а еще лучше посмотрите короткий научный ролик, где подробно все показывают. Если вам когда-то уже встречалась эта информация, то посмотрите еще раз и освежите в памяти для более полного понимания.
В эксперименте с двумя щелями луч света проецируется через две параллельные щели, вырезанные в непрозрачном барьере, а затем на белый экран. Когда свет попадает на экран, он создает не просто две перекрывающиеся области яркости. Вместо этого появляется нечто странное: серия чередующихся светлых и темных полос, называемых интерференционной картиной.
Объяснение этого в 19 веке заключалось в том, что свет — это волна, и что световые волны перекрываются после прохождения через щели. Световые волны ведут себя во многом как волны на поверхности пруда: там, где встречаются два гребня, волна становится выше, создавая яркую полосу; там, где гребень встречается с впадиной, сглаживаются, и волна исчезает, образуя темную зону.
С развитием квантовой теории в начале 20-го века объяснение стало намного более странным. Физики поняли, что свет — это не совсем волна, а скорее волнообразная частица, называемая фотоном. Это открытие навело на мысль о новом эксперименте. В принципе, было бы возможно посылать свет через щели по одному фотону за раз и собирать их на фотопленку. Здравый смысл говорит, что в этом случае не должно быть интерференционной картины: в любой данный момент в устройстве находится только один фотон, поэтому свету не с чем интерферировать.
Затем в 1909 году молодой британский физик по имени Джеффри Ингрэм Тейлор действительно провел эксперимент и стал свидетелем странного результата. По мере накопления фотонов на пленке постепенно появляется все та же старая интерференционная картина из чередующихся ярких и темных полос, бросающая вызов здравому смыслу. В этом случае каждый фотон может взаимодействовать только с одним — с самим собой.
Единственный способ, которым этот паттерн мог бы сформироваться — это если бы каждый фотон проходил через обе щели одновременно, а затем вмешивался в свое альтернативное "я".
С тех пор другие исследователи повторили эксперимент с электронами, атомами, даже с относительно объемными молекулами, содержащими целых 70 атомов углерода. Результаты никогда не меняются. Отдельные атомы и молекулы проходят через обе щели одновременно. Однако по какой-то причине законы физики лишают этой способности крупные объекты, такие как скрепки, люди и самолеты.
Копенгагенская интерпретация
Идея была выдвинута в 1920-х годах датским физиком Нильсом Бором и его протеже немецким физиком Вернером Гейзенбергом. По их мнению, мы не видим квантовых эффектов в повседневном мире, потому что акт наблюдения меняет все, объединяя множество возможностей, допускаемых квантовой механикой, в одну. В результате, когда мы смотрим, мы видим только одну версию событий, когда каждый объект прочно привязан к одному положению за раз.
Недостаток копенгагенской интерпретации в том, что она не имеет теоретической основы — это больше похоже на историю, которую ученые рассказывают, чтобы придать смысл фактам, которые в противном случае казались бы бессмысленными. Это также предполагает, что Вселенная не становится полностью реальной, пока кто-то не наблюдает за ней. Эйнштейн счел эту идею отвратительной. “Мне нравится думать, что Луна там, даже если я на нее не смотрю”, - возмущался он в ответ Бору. Тем не менее, копенгагенская интерпретация была признана физиками предпочтительным объяснением квантовой странности на конференции в 1997 году.
Интерпретация множества миров
Объяснение, занявшее второе место — это еще более странный взгляд на реальность. Названная интерпретацией множества миров, она была предложена в 1957 году докторантом Принстонского университета Хью Эвереттом III. Его приверженцы принимают законы квантовой теории за чистую монету: все возможные квантовые результаты действительно существуют — но в мирах, параллельных нашему собственному.
В одной вселенной вы разговариваете сейчас с соседом; в другой - вы наблюдает за дельфинами в море и плывете на катере. С этой точки зрения люди и частицы ведут себя почти одинаково. Мы просто не видим себя во многих местах одновременно, потому что каждое потенциальное местоположение спрятано в другой вселенной.
Находить копенгагенскую интерпретацию или картину множества миров удовлетворительной пока не получается. Если поднять уравнения квантовой механики до уровня, на котором вы действительно можете видеть происходящее, вы придёте к абсурдной точке зрения. Людей подводят к довольно фантастическим взглядам на мир. Физикам здесь нужно сказать: “эти теории немного дикие, давайте попробуем доказывать что-нибудь более разумное”)))
Какую теорию вы считаете возможной? Во что верите? Пишите свое мнение в комментариях.
Ставьте лайк. Спасибо!
Продолжение статьи Решение квантовой тайны