Читать «Джордж и Большой взрыв» онлайн - страница 93

Квантовый мир

Неопределённость и кот Шрёдингера

Мир квантовой физики — это мир атомов и субатомных частиц. Мир классической физики — это мир людей и планет. И эти миры кажутся очень разными:

В мире классической физики

Мы можем одновременно знать, где находится тело и с какой скоростью движется.

Двигаясь из пункта А в пункт В, тело перемещается по определённой траектории. Если на его пути возникает стена с двумя дырками, то оно проходит либо через одну дырку, либо через другую.

Мы знаем, что тело движется именно в пункт В, а не куда-то ещё.

Пассивное наблюдение не влияет на движение тела.

В мире квантовой физики

Мы не можем одновременно знать где находится тело и с какой скоростью движется — а возможно, не можем знать ни того, ни другого (это принцип неопределённости Гейзенберга).

Частица движется из пункта А в пункт В по всем возможным траекториям, в том числе и сквозь разные дырки; все эти траектории складываются и образуют волновую функцию, расходящуюся из пункта А, как круги по воде.

Частица может оказаться везде, куда только доходит волновая функция. Где именно она оказалась, мы узнаём посредством наблюдения.

Наблюдение полностью изменяет волновую функцию: например, если мы наблюдаем нашу частицу в пункте С, то волновая функция в этом пункте коллапсирует, то есть схлопывается в точку (а затем снова расходится).

Кот в ящике

Кот (существо из мира классической физики) состоит из атомов (а это уже квантовый мир). Эрвин Шрёдингер решил применить принцип неопределенности Гейзенберга к коту. (Только, пожалуйста, не поступайте так с вашими домашними животными! Шрёдингер на самом деле ничего такого со своим котом не делал — речь идёт о воображаемом коте.) Он представил, что будет, если запереть кота в свето- и звуконепроницаемом ящике вместе с некоторым количеством радиоактивного вещества, детектором радиоактивного излучения и ёмкостью с ядовитым газом. Когда раздаётся сигнал детектора (потому что атом радиоактивного вещества распался, испустив излучение), автоматически открывается ёмкость с ядовитым газом. Вопрос: жив ли кот? Атомы в ящике (включая атомы, из которых состоит кот) находятся во всех возможных состояниях: в одних из этих состояний происходит радиоактивный распад и высвобождается ядовитый газ, в других — нет. Только проведя наблюдение — иными словами, открыв ящик, — мы узнаем, жив ли кот. А до этого нельзя с определённостью утверждать, жив кот или мёртв, ибо он в некотором смысле жив и мёртв одновременно!

«Кротовые норы» (они же «червоточины») и путешествия во времени

Представьте, что вы муравей, обитающий на поверхности яблока. Яблоко свисает с потолка на ниточке. Ниточка такая тонкая, что опускаться и взбираться по ней вы не можете, так что поверхность яблока — это вся ваша вселенная. Вам с неё никуда не деться.

А теперь представьте, что червяк прогрыз в вашем яблоке сквозную дыру. Вы можете попасть с одной половины яблока на другую любым из двух способов: по поверхности яблока (вашей вселенной) либо через червоточину, сократив путь.