Тайны открытий XX века

«Мы слишком озабочены земными, практическими вопросами, мы сковываем человеческий дух, — написал однажды Стивен Хоукинг. — Речь же идет о том, чтобы картографировать неведомое в мироздании». Тень невозможного, несбыточного все так же упрямо ложится на нашу человеческую, земную жизнь, на комнату, в которой каждый из нас просиживает большую часть жизни, на ковер под ногами, но так ли уж важно, что «душе из этой тени, что ложится на ковер, не подняться — nevermore»? (Э. По, пер. B.C. Жаботинского)

1.11. ГДЕ НАЧИНАЕТСЯ КВАНТОВЫЙ МИР

В квантовом мире не работает привычная нам логика. Уж слишком разительно отличается поведение электронов, фотонов и атомов от того, что говорит нам повседневный опыт. Удивительно, но некоторые макроскопические объекты ведут себя по законам квантового мира. Пример тому — конденсат Бозе-Эйнштейна, открытый в 1990-е годы, крохотное облачко из миллионов атомов, которое ведет себя буквально как один огромный атом. Этот конденсат интересен и с технической точки зрения. Он может стать элементом квантового компьютера. Такого рода компьютеры, — предполагается, что они войдут в обиход в XXI веке, — гораздо эффективнее современных вычислительных машин.

Кошка Шрёдингера и Человек-Бог

В квантовом мире частицы движутся самым непредсказуемым образом

Это не небо в облачный день. Это — квантовое электронное облако, модель распределения заряда вокруг ядра атома гелия

Нильс Бор сказал однажды: кто не шокирован квантовой физикой, тот не понял ее. А Ричард Фейнман обмолвился даже, что квантовую физику не понимает никто. Уж слишком разительно отличается поведение электронов, фотонов и атомов от того, что говорит нам повседневный опыт. Для этих частиц любой наблюдатель — Бог. Принимаясь измерять параметры частицы, мы неизбежно меняем субатомарную явь. Мы заставляем неопределенное, неясное обретать четкие очертания. Но какое отношение это имеет к измеряемой реальности? Пока мы не всматриваемся в элементарную частицу, она пребывает одновременно во множестве состояний. Лишь в тот момент, когда мы измеряем ее параметры, она «решает», какое состояние ей принять.

Поясним это с помощью бытового примера. В нашем мире зрители, пришедшие на футбольный матч, на какой бы трибуне они ни сидели, видят, что спортсмены играют мячом одного и того же — допустим, белого — цвета. В квантовом мире тот же самый мяч мог бы одним болельщикам казаться «белым», другим — «черным»: например, половина наблюдателей видели бы одно, половина — другое. Предсказать, что увидит некий господин N, нельзя. Мяч, словно мифический Протей, будет без устали принимать один облик за другим, не повинуясь законам, к которым привыкли мы, жители макромира.

Еще одна странность. В квантовом мире одна и та же частица может одновременно пребывать в двух разных точках пространства. Точнее говоря, две разлетающиеся в стороны частицы могут вести себя так, словно это одна и та же частица. Как отмечают физики, «влияние одной частицы на другую, будь одна из них на Земле, а вторая на Марсе или еще дальше, передается с бесконечной скоростью». Эти частицы связаны между собой, на каком бы они расстоянии ни находились. Их можно сравнить с двумя игральными костями, на которых, сколько их ни кидай, всегда выпадают одни и те же цифры. Стоит нам лишь измерить свойства одной из таких связанных частиц, — например, ее спин, — как у ее «двойника» обнаруживаются те же самые свойства. Некоторые же частицы, — их называют «негативными близнецами», — наоборот, на любом расстоянии ведут себя наперекор друг другу. По словам Эрвина Шрёдингера, подобное дальнодействие — это «самая главная характерная особенность квантовой механики, которая заставляет полностью отказаться от классических представлений».

В свое время эта «странная телепатия», действующая быстрее света, побудила Альберта Эйнштейна назвать квантовую механику ошибочной. Лишь в начале восьмидесятых годов группа французских ученых доказала, что описанная нами «молниеносная» связь частиц является реальным фактом, а вовсе не порождением фантазирующего ума.

* * *