Представьте, что вы кидаете мяч вертикально ввысь. Сможете ли вы предугадать его траекторию после того, как мяч покинет вашу ладонь? Без сомнения! Мяч сначала поднимется вверх, достигнув апогея своего полета, а потом спустится назад, прямо в ваши руки. Вы без труда представили себе эту картину, ведь подобные вещи происходят постоянно в вашей жизни, и вы не раз были их свидетелем.
Можно ли разобраться в мире атомов, опираясь лишь на знакомую всем физику повседневности? Увы, но нет. Почему? Дело в том, что законы, которым подчиняется мир мельчайших частиц, кардинально отличаются от физики, "работающей" в мире крупных объектов, окружающих нас. В нашем повседневном мире действуют принципы классической механики. Но если заглянуть в мир атомов, здесь правила игры определяет квантовая механика, и эта сфера полна неожиданных открытий.
К примеру, загадочность квантового мира иллюстрирует знаменитый теоретический эксперимент с котом Шрёдингера. Предположим, физик, не отличающийся любовью к кошкам, решает поместить одну из них в ящик с бомбой, вероятность детонации которой составляет 50%. Пока мы не откроем ящик, мы не будем знать, взорвалась ли бомба, и, соответственно, живо ли животное или нет.
В таинственном мире квантовой физики до момента нашего наблюдения кот Шрёдингера пребывает в неопределенном состоянии, называемом суперпозицией. Он не жив и не мертв, находясь где-то между этими состояниями с равной вероятностью для каждого. Аналогичные процессы характерны и для микрочастиц в квантовых масштабах.
Рассмотрим, например, электрон, "кружащийся" вокруг ядра атома водорода. На самом деле, говорить о его движении в привычном понимании не совсем корректно. Электрон присутствует одновременно повсюду, с разной степенью вероятности находясь в разных точках пространства. И лишь после измерения мы можем сказать, где именно он находится. Таким же образом, мы не можем с уверенностью сказать о состоянии кота до открытия коробки. Вот здесь-то нас и ждет загадочное и завораживающее явление, известное как квантовая запутанность.
Давайте представим, что у нас не один кот в коробке, а два — каждый в своей. Если применить к ним эксперимент Шрёдингера, исход может быть четырехкратным. Или оба кота останутся живыми, или оба умрут, или один выживет, а второй нет (или наоборот). Оба кота как бы находятся в суперпозиции, и каждый возможный исход имеет вероятность 25%, а не 50%.
Но вот в чем фишка: квантовые законы позволяют "стирать" исходы, где оба кота либо живы, либо мертвы. Таким образом, может существовать система, где один кот точно будет жив, а второй - мертв. Это явление и называется «квантовой запутанностью». И самое удивительное в ней вот что: если расположить коробки с котами на разных концах Вселенной, результат эксперимента все равно будет неизменным. Один кот непременно останется в живых, а второй - нет. Кто именно — останется неизвестно до самого конца эксперимента.
Как можно объяснить, что коты на противоположных концах Вселенной как-то "связаны" между собой? Они находятся слишком далеко, чтобы "общаться" в реальном времени. Как же устроено, что одна из бомб неизменно взрывается, а другая — нет? Вы могли бы подумать: "Это всё теоретические фантазии". Однако, квантовая запутанность не раз подтверждалась на практике в научных лабораториях.
Представьте себе две субатомные частицы в запутанном состоянии: если одна вращается в одну сторону, другая обязана крутиться в обратную. И они делают именно это, не имея способа "договориться" о направлении вращения. Следовательно, не удивительно, что концепция запутанности стоит в центре квантовой информационной науки. Эта область активно развивается, позволяя использовать загадочные законы квантового мира в повседневной жизни — например, в квантовой криптографии или вычислениях.
Возможно, в ближайшем будущем, наш повседневный мир станет чуть более "квантовым". Кто знает, вдруг квантовая телепортация станет настолько продвинутой, что ваш питомец сможет "скакнуть" в безопасную галактику, где нет ни физиков, ни коробок.
Важно понимать, что "кот Шрёдингера" — это лишь теоретическая концепция, а не реальный эксперимент. Эксперимент с котом Шрёдингера никогда фактически не проводился (и, безусловно, не должен проводиться), он служит лишь иллюстрацией квантовых принципов для облегчения понимания.
Если вы хотите узнать больше о таинствах квантового мира и других захватывающих темах, подписывайтесь на наш канал. Мы регулярно публикуем интересные и познавательные материалы, которые помогут вам расширить горизонты и по-новому взглянуть на окружающий мир. Впереди еще много удивительных историй и открытий — не пропустите!
