В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность

Биологический мозг и электронный компьютер связаны с процессом переключения. Ваш мозг состоит примерно из 10 000 миллионов переключателей в виде нейронов, образуемых нервными клетками. Переключатели компьютера состоят из диодов и транзисторов. В 1950 году компьютер с тем же числом переключателей, что содержится в мозгу человека, имел бы размер с остров Манхэттен. Сегодня посредством соединения микрочипов можно разместить столько же переключателей в объеме, равном объему человеческого мозга, однако подключение такого компьютера представляет серьезную проблему, а потому он до сих пор не создан. Однако этот пример показывает, насколько мал чип даже в сравнении с транзистором.

Полупроводники, используемые в стандартных современных микрочипах, сделаны на основе силиката – в принципе из самого обыкновенного песка. При правильной стимуляции силикат пропускает электрический ток, а без стимуляции – не пропускает. Длинные кристаллы силиката по 10 см каждый разрезаются на тонкие (с лезвие бритвы) слои и далее на сотни маленьких прямоугольных чипов – каждый меньше спичечной головки, а затем на каждый чип, подобно утонченной греческой выпечке, слой за слоем наносится электрическая схема – эквивалент транзисторов, диодов, интегральных схем и всего остального. По сути один чип является целым компьютером, и микропроцессор занимается лишь получением информации и ее записью на чип. Чипы настолько дешевы в производстве (после того как были вложены значительные средства в разработку схемы и создание необходимых станков), что их можно производить сотнями, затем тестировать, а те, которые не работают, просто выбрасывать. Для создания одного

чипа с нуля могут потребоваться миллионы долларов, но чтобы сделать сколько угодно тех, которые уже разработаны, достаточно будет и нескольких центов за штуку.

Таким образом, существует еще несколько повседневных вещей, которые связаны с миром кванта. Рецепты лишь из одной главы квантовой кулинарной книги дали нам цифровые часы, домашние компьютеры, электронную начинку, которая запускает спутник на орбиту (а иногда и не дает ему полететь вне зависимости от людей-операторов), мобильное телевидение, сотовые телефоны, стереосистемы и оглушительное Hi-Fi, а также лучшие слуховые аппараты, чтобы потом справляться с глухотой. Планшетные компьютеры стали реальностью, и вполне возможно, что не за горами появление устройств с искусственным интеллектом. Компьютеры, рассчитывающие приземление на Марс и исследующие Солнечную систему и ее пределы, являются первыми братьями чипов, которые управляют аркадами, и все они основаны на странном поведении электронов в соответствии с основными квантовыми законами. Но потенциал физики твердого тела не ограничивается даже могучими микропроцессорами.

Сверхпроводники

Как и полупроводники, сверхпроводники имеют логически верное название. Сверхпроводник – это вещество, которое проводит электричество без какого-либо видимого сопротивления. Это самое близкое к вечному двигателю из того, что мы, вероятно, когда-либо сможем обнаружить, – это не совсем создание нечто из ничего, но редкий пример в физике, когда ты получаешь за свои деньги все и тебя при этом не обманывают. Сверхпроводимость можно объяснить процессом связывания пары электронов друг с другом и их совместного движения. Хотя каждый электрон имеет полуцелый спин и, соответственно, подчиняется статистике Ферми – Дирака и принципу исключения, пара электронов при некоторых условиях может вести себя как одна частица с целым спином. Такая частица не запрещена принципом исключения и удовлетворяет той же статистике Бозе – Эйнштейна, которая квантово-механическим образом описывает поведение фотонов.