Про эту вашу физику - Дмитрий Владимирович Ганин
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Все это приводило в ужас тогдашних физиков старой школы. Во главе хейтеров квантмеха стоял Эйнштейн, который не только троллил молодых теоретиков, но собирал мемасики и демотиваторы, раздражающие Бора, Гейзенберга и других. Особенно нравилась Эйнштейну шутка своего дружбана Эрвина Шрёдингера. Хотя тот и написал формулу имени себя, показывающую как ведет себя квантовая система во времени и пространстве, но размышления о суперпозиции и ее разрушении через наблюдение ему чего-то не нравились. Не то, чтобы Шредингер был с этим не согласен, однако он призывал подумать, мол, нормальна ли такая ситуация, в которой частица пролетает через обе щели, а потом при «наблюдении» пролетает только через одну? Квантовая система должна быть более наглядной и понятной! — требовал он. Давайте шагнем чуть-чуть повыше уровня элементарных частиц и возьмем, например, радиоактивный распад атома. Это что же получается? Если мы не трогаем атом, так сказать, не наблюдаем, то он тоже находится в суперпозиции состояний? То есть одновременно распадается и не распадается, пока мы не это не проверим?
Но ладно атом, давайте рассуждать дальше, увлёкшись, острил Шрёдингер, а не приводит ли эта ваша суперпозиция к какой-нибудь дичи в макромире? К примеру, тот же радиоактивный атом — его можно использовать для связи с Большим Миром. Берем коробку, засовываем туда, скажем, кота и устройство, в котором используется тот самый радиоактивный атом в суперпозиции. Если атом не распадается, то ничего не происходит — кот сидит в коробке и обдумывает свое странное положение. А если атом распадается, радиоактивное излучение включает счетчик Гейгера, тот запускает механизм, выпускающий смертельное боевое вещество, запрещенное мировым сообществом — кот помирает. Глядя на такую коробку, каждому ежу понятно, что кот либо жив, либо мертв. Но это очевидно лишь в старой доброй классической картине мира. А с точки зрения квантовых законов мы принуждаем вселенную выбрать судьбу кота только посредством наблюдения — вмешательством в суперпозицию атома и кота. То есть кот становится живым или мертвым только тогда, когда мы открываем коробку. До этого же наш кот как будто бы находится в суперпозиции: он одновременно и жив имертв! Три раза ха-ха-ха!
Эйнштейн писал Шрёдингеру, мол, дорогой Эрвин, а ты, чертяка, хорош! — ловко ты проиллюстрировал противоречивость квантовой механики! Что ж это получается, — ухахатывался дедушка Альберт, — когда мы не смотрим на Луну, ее нет? Учитывая то, что в суровой реальности мы не наблюдаем котов, размазанных, в пространстве, то квантовая физика однозначно нуждается в уточнении.
В конечном итоге смешная шутка Шрёдингера привела к Самому Главному Вопросу квантмеха: как и когда происходит коллапс волновой функции? Бог с ней с суперпозицией, допустим, она существует, как минимум, в виде математической абстракции — нам бы для начала понять, как реализован выбор вариантов этой суперпозиции.
Копенгагенская интерпретация
Самое известное объяснение происходящего принадлежало Бору и Гейзенбергу, которые пили пиво в Копенгагене и размышляли о том, как насолить Эйнштейну. Если вы читали предыдущие главы, то суть интерпретации вам будет понятна. Это и есть то, как Макс Борн объяснил двущелевой эксперимент. Сама реальность такова, что результат возникает исключительно из акта наблюдения.
В момент наблюдения, измерения, эксперимента, встречи с другим объектом и так далее частица выбирает себе судьбу из имеющегося набора в соответствии с вероятностями, заданными амплитудой. Казалось бы, что и с котом та же история, и у нас коты в суперпозиции — обыденное явление. Например, наша кошка точно однажды находилась одновременно на кухне и в спальне — мы можем поклясться об этом на пятом томике лекций Фейнмана!
Однако, вы могли заметить, что копенгагенская интерпретация говорит о том, что наблюдение — это не открытие коробки. А вообще-то любое вмешательство в жизнь атома. Коллапс происходит значительно раньше благодаря взаимодействию ядра атома с окружающим миром. Кот же в этом цирке жив, пока атом целехонек, или погибает, когда осколки распада попадают на детектор. Иначе говоря, когда квантовые явления взаимодействуют с макромиром: с детекторами частиц, с котами и так далее — суперпозиция накрывается медным тазом. Тут, правда, возникает вопрос, а где протекает граница между макро- и микромиром? Споры еще ведутся. В конце прошлого века ученые умудрились экспериментально проверить так называемый «квантовый парадокс Зенона», который предсказывает, если часто измерять определенную квантовую систему, то можно «заморозить» ее состояние, не давая ей разрушиться. Во всяком случае наблюдение за распадом атомов рубидия не давало ему распадаться, что теоретически могло продолжаться сколь угодно долго. Так что шутка Шрёдингера еще может выйти нам боком, и вдруг окажется, что при определенных условиях, в определенных обстоятельствах, при контролируемом эксперименте котик действительно окажется в суперпозиции. Страшно?
В СССР, в первой половине советской эпохи, к копенгагенской интерпретации относились прохладно, потому что выглядела она не очень. Ну сами посудите, тут у нас диалектический материализм, а здесь какие-то наблюдения и амплитуды вероятности.
Слава богам, были и другие интерпретации происходящего!
Многомировая интепретация
Другую интересную интерпретацию придумал американский физик Хью Эверетт III. Когда он приехал в Копенгаген показать свои идейки Бору, тот сказал, что идея глупая и отправил Эверетта восвояси. Однако интерпретация оказалась довольно оригинальной, и нынче это вторая версия по популярности среди физиков. Смысл теории Эверетта в том, что, не нужно заморачиваться на парадоксе наблюдения, так как приборы, производящие измерения тоже находятся в суперпозиции. Мы это не замечаем, потому что, как только происходит измерение, вселенная раздваивается («расстраивается», «расчетверяется» и т. д.) на все возможные варианты развития событий. То есть, когда ящик с котом открывается (ну или ядро выходит из суперпозиции), начинаются две новые интересные истории в параллельных вселенных: в одной кот жив, в другой мертв. Представьте, сколько квантовых событий происходит в мире ежесекундно, и сколько при этом рождается параллельных вселенных.
Поэтому теория называется многомировой интерпретацией.
А какие интересные следствия выходят из этих интерпретаций! Например, «квантовое самоубийство». Это мысленный эксперимент, рассматриваемый уже с позиции кота Шрёдингера. Представим, что человек соорудил такое ружье, которое стреляет (или не стреляет) на основе механизма распада ядра атома.
