Кроличья нора, или Что мы знаем о себе и Вселенной

Полагаю, что я могу с уверенностью утверждать: квантовую механику не понимает никто.

Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии 1965 года за работы в области квантовой электродинамики

Тот, кто не был потрясен при первом знакомстве с квантовой теорией, скорее всего, просто ничего не понял.

– Нильс Бор, лауреат Нобелевской премии 1922 года за работы по изучению структуры атома

Если даже физики, лауреаты Нобелевской премии, не понимают квантовой теории, что тогда говорить об остальных? Что делает человек, когда реальность стучится в его дверь и сообщает нечто чрезвычайно сложное, запутанное, ошеломляющее? То, как вы реагируете, как движетесь по жизни дальше, какие находите варианты – говорит о вас многое, но об этом позднее. Сейчас же давайте побеседуем об электронах, фотонах и кварках и попытаемся понять, каким образом эти крошечные частицы (если это частицы!) оказались настолько непостижимыми, что сам факт их существования разбил вдребезги наш такой хорошо организованный и понятный мир.

С одной стороны, это совершенно парадоксальная и понятийно запутанная теория. С другой стороны, у нас нет никакой возможности отбросить ее или пренебречь ею. Ведь это самый мощный инструмент для предсказания поведения физических систем, который когда-либо оказывался в наших руках.

– Дэвид Альберт, доктор философии

Известное встречается с неизвестным

Классическая ньютоновская физика строилась на основании наблюдений за плотными материальными объектами – от падающих яблок до планет. Ее законы за несколько столетий были неоднократно проверены, доказаны и расширены. Они понятны и хорошо предсказывают поведение физических тел. Но в конце XIX столетия, когда физики углубились в изучение микромира, они обнаружили нечто весьма озадачивающее: ньютоновская физика на этом уровне реальности не работала! Ни предсказать, ни объяснить сей феномен они не могли.

За последующее столетие возникла совершенно новая наука, известная как квантовая механика, квантовая физика или просто квантовая теория. Она не заменяет ньютоновскую физику, которая прекрасно описывает поведение крупных тел, т. е. объектов макромира. Она была создана, чтобы объяснить субатомный мир: в нем теория Ньютона беспомощна.

Термин «квант» был впервые применен в науке немецким физиком Максом Планком в 1900 году. Это латинское слово означает просто-напросто «количество», но он использовал его, чтобы обозначить наименьшее количество энергии или материи.

«Вселенная – очень странная штука, – говорит один из основателей нанобиологии доктор Стюарт Хамерофф. – Похоже, есть два набора законов, управляющих ею. В нашем повседневном, классическом мире все описывается ньютоновскими законами движения, открытыми сотни и сотни лет назад… Однако при переходе в микромир, на уровень атомов, начинает действовать совершенно иной свод «правил». Это – квантовые законы».

Факты или фантастика?

Одно из самых глубоких философских различий между классической и квантовой механикой заключается в следующем: классическая механика построена на идее о возможности пассивного наблюдения за объектами… квантовая механика насчет этой возможности никогда не заблуждалась.

– Дэвид Альберт, доктор философии

Положения квантовой теории настолько ошеломительны, что она больше похожа на научную фантастику.

Частица микромира может находиться в двух и более местах одновременно! (Один из совсем недавних экспериментов показал, что одна из таких частиц может находиться одновременно в 3000 мест!) Один и тот же «объект» может быть и локализованной частицей, и энергетической волной, распространяющейся в пространстве.