Квант

Как и большинство физиков, я много лет рассуждал о квантовой механике и с профессиональной позиции практикующего исследователя, и с позиции человека, заинтересованного в ее более глубоком значении – в области, известной как основы квантовой механики. Быть может, тех двадцати лет, которые я провел с квантовой механикой, еще недостаточно, чтобы «смириться» с ней. Но я полагаю, что слышал достаточно мнений (а спор, поверьте мне, еще далек от завершения, несмотря на оптимистичные и несколько неискренние заверения сторонников конкретной интерпретации в обратном), чтобы хотя бы взглянуть на нее со стороны. Надеюсь, большая часть вопросов, освещаемых в этой книге, не вызовет противоречий, а при описании того, «что происходит сейчас», я постараюсь занять нейтральную и объективную позицию. Я не поддерживаю какую-то конкретную интерпретацию квантовой механики, но понимаю их. Вы, само собой, вольны не соглашаться со мной, но я не сомневаюсь, что смогу склонить вас на свою сторону, если, конечно, вы не один из тех, кто вечно кричит «заткнись и считай», хотя в этом случае вам не стоит читать эту книгу, ведь у вас есть дела и поважнее!

Пока что я скажу лишь, что моя любимая версия интерпретации называется «заткнись, пока считаешь». Она позволяет мне не переживать о квантовой механике, пока я применяю ее на практике.

Но эта книга рассказывает не только о значении квантовой механики. Она также описывает ее успехи как в объяснении огромного количества феноменов, так и во множестве способов ее применения в нашей повседневной жизни в прошлом, настоящем и будущем. Таким образом, я вместе с вами отправлюсь в путешествие от философии, физики субатомных частиц и теорий больших размерностей к сегодняшнему технологичному миру лазеров и микрочипов и завтрашнему удивительному миру квантовой магии.

Однако, хоть я и надеюсь, что это звучит захватывающе, новичку в этой области вполне естественно спросить, к чему такая шумиха. Странную природу квантовой механики можно продемонстрировать разными способами – и на примерах из жизни, которые всем нам знакомы и которые мы воспринимаем как должное, и с помощью «мысленных экспериментов», то есть идеализированных опытов, которые нет необходимости проводить в лаборатории, чтобы получить результат. И нет ничего, что бы так прямолинейно и так прекрасно описывало таинственную сущность квантовой механики, как эксперимент с двумя прорезями. С него мы и начнем.

Глава 1. Фокус природы

Вместо того чтобы сыпать научными терминами на первых же страницах этой книги, я сначала опишу простой эксперимент. Позволю себе предположить, что он покажется вам настоящей магией. Вы можете мне не поверить – тут уж вам решать. Любой фокусник оберегает свои секреты, так что я не стану сразу объяснять вам, как именно и почему это происходит. Однако, в отличие от случая с фокусами, узнавая о квантовом мире все больше, вы постепенно поймете, что здесь дело не в ловкости рук, не в спрятанных зеркалах и не в потайных перегородках. На самом деле вы должны прийти к выводу, что рационального объяснения описываемому мной положению вещей просто не существует.

Поскольку я уже и так слишком много раз использовал прилагательные «странный», «загадочный» и «удивительный», я больше не буду тратить время на предисловия и перейду к делу. Я собираюсь описать настоящий эксперимент, и вам придется поверить, что наблюдаемое – это не просто теоретические спекуляции. Провести этот эксперимент при наличии должного оснащения несложно; к нему прибегали неоднократно и по-разному. Также важно уточнить, что я опишу эксперимент не с позиции человека, который понимает квантовую физику, а с позиции читателя, который еще не знает, чего ожидать и как принять поразительные результаты. Полагаю, вы попробуете осознать их с точки зрения логики, опираясь на тот свод правил, которые считаете здравым смыслом, однако квантовые физики объясняют все иначе. Но об этом позже.