Про эту вашу физику (СИ)

Теперь мы пнём электрон. По специальным (но все же классическим) формулам считаем его скорость и местоположение на пятой секунде полета и проверяем экспериментом. И получается что-то невероятное. Предположим, что мы поймали частицу в двух метрах от начала полета, но полученная по результатам эксперимента скорость вообще не такая, да еще и каждый раз разная. Так и наоборот, чем точнее мы знаем скорость, тем хуже себе представляем, где находится частица.

На самом деле ученые предпочитают говорить не о скорости, а об импульсе. Давайте раз и навсегда разберемся с этим термином, хоть он из школьной физики, но мешает расслабленному чтению после тяжёлого рабочего дня составления справок и отчётов. Импульс — это такая характеристика движущегося тела, равная массе этого тела, умноженной на его скорость. Его еще называют количеством движения и измеряют в килограммах на метр в секунду. Чем больше масса движущегося тела, тем больше его импульс. Импульс намекает, как больно нам прилетит в лоб брошеный булыжник, и качество полученной шишки будет зависеть как от массы булыжника, так и от его скорости к моменту прилета в лоб, а также, что важно, от направления, ведь имеется большая разница, как летит булыжник в нашу сторону: перпендикулярно или по касательной. Импульс имеет важное свойство — они никуда не пропадает при столкновении, а передается другому телу (вашему лбу, хе-хе), тем самым создавая всемирный закон сохранения импульса.

Для частицы, которая, как мы помним, типа волна и всё такое, импульс равен постоянной Планка, разделенной на длину волны. Это, кстати, означает, что чем короче длина волны, тем больше ее импульс. Вот почему длинная радиоволна не чувствуется кожей, а ультрафиолет — вполне ощутим в виде загара.

Впрочем, если вам тяжело осознать импульс, то можете очень осторожно при встрече этого словечка далее в тексте заменять его на «скорость». Только никому не говорите, что мы вам это посоветовали. Продолжим?

Из экспериментов следовало, что если бы мы точно знали импульс частицы, то мы бы вообще ничего не знали о ее местонахождении. Она бы с одинаковой вероятностью находилась в любом месте траектории.

Однако в реальности мы все-таки ожидаем увидеть частицу в определенном месте и времени. Значит, надежда на какую-то стабильность все-такие есть. Дело в том, что любая частица, гоняющая по вселенной, находится в суперпозиции своих состояний. В некотором смысле реальную частицу можно считать эдаким волновым пакетом, в котором напихано огромное, читайте, бесконечное количество вариантов длин волн и амплитуд (которые вероятности). И в этом самом пакете все эти состояния интерферируют: волны накладываются друг на друга, в результате чего частица приобретает более скромные вероятности обнаружения своих параметров. Большинство вариантов из-за так называемой деструктивной интерференции становится нереализуемым. Видите? На рисунке высота волны означает вероятность приобретения ею определенного параметра при измерении (наблюдении).

Понятно, что при таком раскладе частица уже как-то более локализована в пространстве и способна проявлять свойства твердого тела, а не волны: теперь ей можно, например, врезаться в электроны, являя нам чудо фотоэффекта.

Но проблема в том, что, несмотря на хорошие вероятности ожидаемых параметров частицы, мы не можем одновременно знать ее импульс и координаты. Не в меру умный Гейзенберг (кстати, на тот момент ему было 26 лет) объяснил монстрам классической физики, что это совсем не «фигня какая-то», а фундаментальное свойство нашего мира.