Есть ли реальность за вашей спиной? О квантовой физике простым языком

Шутливая версия притчи о слоне и мудрецах

Собралось однажды шесть слепых слонов в надежде выяснить совместными усилиями, что же такое человек.

Один слон пощупал человека ногой и сказал:

– Человек – это что‑то маленькое и плоское.

Остальные тоже пощупали человека ногой и единодушно согласились с первым.

Точно так же и мы с вами можем спорить друг с другом, когда смотрим на мир. Не только на слона, а на любые предметы, явления и даже понятия. Наши возможности всегда ограничены и не позволяют нам полностью видеть всего «слона» сразу. Мы можем пощупать его ногу, хвост, хобот или бивень и приблизиться к пониманию того, что же такое слон. Так мы составляем своё представление о мире.

Глава 4

Квантовая суперпозиция

Рассмотрим одно из самых загадочных явлений квантовой физики, которое называется квантовой суперпозицией.

Квантовая суперпозиция – это суперпозиция состояний [11], которые не могут быть реализованы одновременно с точки зрения обыденной реальности в классической физике.

Посмотрите на картинку «квантового» лыжника. Мы видим, что он одновременно проехал и с одной, и с другой стороны дерева! В этом случае говорят, что он находился в суперпозиции.

Суперпозиция – это способность квантовой системы одновременно находиться в двух взаимоисключающих состояниях.

Квантовая частица может пребывать одновременно в двух, трёх состояниях и более.

Вспомним двухщелевой эксперимент. В отсутствие наблюдения частица проходит через две щели одновременно, это мы видим благодаря интерференционной картинке на экране. Здесь как раз суперпозиция состояний: частица проходит через одну щель и через другую одновременно. Однако необходимо различать суперпозицию и следствие этой суперпозиции – интерференцию. Нам видна только интерференционная картина, но мы не можем «увидеть» суперпозицию. Частицу одновременно в двух местах никто не наблюдал. Частица ведёт себя неким загадочным образом, «показывая» нам, что она находилась как бы одновременно в двух разных местах. Но любой эксперимент обнаружит её только в одном месте! (Согласно волновой функции, в двухщелевом эксперименте частица находится даже в суперпозиции четырёх состояний: она прошла через первую щель, через вторую, через две одновременно и [или] не прошла ни через одну из них.)

#физикишутят

Всегда смотрите за молоком, когда его кипятите. Ведь всем известно, что молоко обладает квантовыми свойствами и при температуре кипения входит в состояние суперпозиции: «убежало» и «не убежало» одновременно. Эффект наблюдателя приведёт к коллапсу волновой функции, и молоко не убежит.

Суперпозиция состояний касается не только положения частицы. Частица может одновременно двигаться и быстро, и медленно; вращаться и в одну, и в другую сторону.

Если мы говорим о квантовом мире, там можно быть «немножко беременной». Мало того, любая женщина в квантовом мире могла бы находиться одновременно в любом из возможных состояний: быть и беременной, и не беременной; быть и девушкой, и женщиной, и старухой. Как и мужчина может быть одновременно миллиардером и нищим, старым и молодым, полным и худым. В этом и состоит чудо квантового мира.

А что нам запрещает применять понятие квантовой суперпозиции для макромира? Каждый макрообъект состоит из частиц, которые точно подчиняются законам квантовой физики. Значит, макрообъект тоже может быть описан волновой функцией. Почему же мы не наблюдаем суперпозицию в обыденной жизни? А потому что происходят процессы, разрушающие эту суперпозицию, и система оказывается в одном из возможных состояний. Подробнее об этом мы поговорим в следующих главах.

#физикишутят