Реальность без завесы

Рисунок 1.4. Фигура волновой интерференции

Но как обособленный электрон может создать интерференционную фигуру, которая формируется исключительно волнами?

Как показал сложный математический анализ, для этого один и тот же электрон должен не просто одновременно пройти через обе щели, но в то же время и через правую, и через левую щели по отдельности, и ни через одну из них. Очевидно, это не имеет никакого смысла – поэтому ученые и были так ошарашены результатами эксперимента.

Чтобы разгадать тайну явления, невозможного с точки зрения математики и физики, исследователи задействовали измерительный прибор, позволяющий определить, через какую из щелей проходит каждая отдельно взятая частица. На рисунке 1.5 показаны ошеломительные результаты измерений.

Рисунок 1.5. Результат эксперимента с двойной щелью при включении измерительного прибора

Но когда за электронами наблюдали при помощи прибора, они снова начали вести себя как твердые частицы, а не как волны! Невозможно поверить в то, что электроны понимали, что за ними наблюдают, и осознанно стали делать то, чего от них можно было бы ожидать в тот момент. Однако именно на это указывают результаты эксперимента.

Так ученые оказались в странном мире квантовой физики, внезапно осознав, что, вопреки относительно простым и механистичным представлениям ньютоновской науки, частицы, считавшиеся твердыми и неодушевленными, в действительности ведут себя как нетвердые волны потенциальной возможности: они начинают и прекращают физическое существование, взаимодействуя с нашим сознанием. Но что это значит на самом деле? Как частица, предположительно имеющая физическую природу, может «запрыгивать» в физическую реальность и «выпадать» из нее (что невозможно с точки зрения классической науки)?

Много шума из ничего: нематериальность материального мира

Если вы немного углубитесь в изучение квантовой физики, то неизбежно придете к заключению: физическая частица ведет себя так странно потому, что она вовсе не физическая.

Мы знаем, что все во Вселенной состоит из атомов, у которых, как принято считать, есть большое твердое ядро, а вокруг него вращаются электроны. Но при более внимательном изучении квантовые физики обнаружили, что на самом деле у атомов нет вообще ничего. Как оказалось, атом на 99,9999999999996% представляет собой пустое пространство [3]. Ядро действительно твердое, но оно бесконечно мало – настолько, что, можно сказать, вовсе отсутствует. Все остальное, в сущности, является физическим вакуумом. Это все равно что смотреть на невидимое энергетическое торнадо, в котором бесконечно малые частицы входят в существование и спустя мгновение из него выпадают; в итоге рассматриваемый предмет иллюзорен, как облачко дыма. До него нельзя даже дотронуться, поскольку он исчезнет в точке прикосновения.

И действительно, как показывают вычисления, если взять все население Земли, все семь миллиардов человек, и убрать из атомов, составляющих наши тела, пустое пространство, то человечество уместилось бы в объем одного кубика сахара [4]. Вот и весь твердый мир. Если от этого факта у вас не захватывает дух, то я даже не знаю, чем еще вас удивить.

Но если количество «твердой» материи во Вселенной ничтожно мало, то почему все выглядит и ощущается таким неоспоримо твердым?

О твердости всего сущего говорят нам наши чувства. Просто возьмите камень и попытайтесь понять, как так получается, что в нем, по сути, нет ничего твердого и в действительности он представляет собой пустое пространство. Да, это трудно себе представить. Весь секрет в электростатическом поле, которое окружает атомы (то есть облаке электронов, движущихся по орбитам). Когда сближаются два атома, их облака электронов отталкивают друг друга, в результате ядра никогда не соприкасаются. Но вы держите камень в руке и чувствуете, что он очень твердый, как будто действительно к нему прикасаетесь. На самом же деле вы ощущаете электростатическое отталкивание: атомы, из которых состоит ваша рука, удерживаются на расстоянии одной стомиллионной доли сантиметра от атомов камня [5].

То же самое происходит, когда вы дотрагиваетесь до любого будто бы твердого предмета. В нем нет ничего твердого, к чему можно было бы прикоснуться. Сейчас вы держите в руках это книгу – на самом деле вы не прикасаетесь к ней. Нематериальные вихреобразные облака атомов удерживают друг друга на невообразимо малом расстоянии, в результате и возникает иллюзия прикосновения к чему-то твердому. Вся ощущаемая твердость возникает вследствие ощущения электростатического отталкивания между атомами. Действительно, вы не соприкасаетесь со стулом, на котором сидите, а парите над ним на расстоянии одной стомиллионной доли сантиметра, но чувствуете под собой его твердость, потому что атомы вашего тела отталкиваются от атомов стула.