[yanik]

Андрей Беликов

Квантовый мир: модель для сборки


Бор против сыр-бора

В начале прошлого века физический бомонд столкнулся с непостижимой загадкой. В ходе экспериментов было обнаружено, что свет в одних ситуациях проявлял себя как волна (то есть огибал препятствия), а в других - как частица (то есть пытался сквозь эти препятствия проникнуть). Опережая ход собственных мыслей, отмечу, что это весьма напоминает поведение людей: иногда мы склонны проявлять мудрость и не ввязываться в прямое противостояние, а в других ситуациях готовы безрассудно идти на штурм любой преграды. Впрочем, к занимательному вопросу о взаимоотношении квантового и человеческого миров мы будем возвращаться с неумолимым постоянством.

Через несколько лет напряженных раздумий и поисков физикам удалось преодолеть сумятицу в собственном королевстве. Ключевую идею выдвинул знаменитый Нильс Бор, предположивший, что частицы света, как и все остальные объекты микромира, действительно иногда ведут себя как частицы, а иногда - как волны. При этом они не являются ни частицей, ни волной, ни их примитивной суммой или симбиозом. Обе картинки - корпускулярная и волновая - абсолютно верны и отражают различные, дополняющие друг друга стороны реальности. Только учитывая оба этих взгляда можно составить верную общую картину - которую, правда, невозможно изобразить наглядно.

Данное положение легло в основу квантовой механики, главной физической теории современности. Забавно, что все ее основные положения выглядят невероятно по-человечески. Принцип дополнительности утверждает, что для полноты познания необходимо принять взаимоисключающие явления как дополнительные. Бор считал, что доказательством верности любой идеи служит верность идеи, ей противоположной. В переводе на человеческий это значит, что чрезмерное самомнение неуместно ни в какой ситуации, и людям едва ли стоит отстаивать некие абсолютные истины. Всегда найдется кто-то, кто имеет пусть противоположный, но не менее верный взгляд.

Принцип неопределенности Вернера Гейзенберга говорит о том, что невозможно одновременно с абсолютной точностью определить координаты и импульс частицы. Вот лишь один из возможных житейских примеров на тему неопределенности: пребывая в состоянии страсти, человек не способен осознать ее подлинный смысл. И, наоборот, пытаясь осмыслить свое состояние, он перестает в полной мере чувствовать то, что переживал раньше. Важное следствие из квантовой механики гласит также, что положение физической системы определяется не точными значениями, а распределениями вероятности значений тех или других величин. Люди, не делите мир на абсолютно черное или белое, тем самым предлагает нам наука: все в мире достаточно вариативно и относительно. И, главное, у человека всегда есть возможность, предприняв какое-то действие, изменить ситуацию к лучшему.

Говоря о квантовой механике, невозможно обойти молчанием парадоксальную историю кота Шреденгера. Упрощенное описание этого мысленного эксперимента выглядит так: несчастный кот сидит в закрытом стальном ящике, где находится также баллон с ядовитым газом, для которого созданы такие условия, что по истечению 10 минут он может с одинаковой вероятностью взорваться или не взорваться.

Когда через данный промежуток времени экспериментатор собирается открыть ящик, кот может быть жив с вероятностью 50 процентов и с такой же вероятностью мертв (с точки зрения классических представлений, кот в этот момент, разумеется, абсолютно точно или мертв или жив). Однако если квантовая механика верна (а ее истинность подтверждают многочисленные эксперименты), то судьба кота зависит от человека: именно он выводит его из "мертвоживого" состояния и делает мертвым или живым существом. Выглядит абсурдно? Тогда приведу более наглядный пример на эту же тему.