Квантовый мир абсолютно, совершенно безумен. А безумен он почему? Потому что нам, обычным смертным, он кажется совершенно непонятным и чужим. В макромире у нас с детства вырабатывается представление о том, как, что и за чем должно следовать. Однако когда люди стали изучать квантовый мир, они не могли понять, что с этим кошмаром делать. В привычном нам пространстве есть объекты, которые могут сталкиваться, крушиться, падать на землю. И даже взлетать, если, как заметил Архимед, будет сила, способная их выталкивать — например, при нахождении в газе или жидкости. В квантовом же мире творится полное безумие, потому что там частицы вели себя не так, как мы привыкли, а так, как привыкли они, и это было совершенно непонятно.
Тем временем существовала в оптике одна проблема, и люди пытались её решить. А именно: выяснить, что же такое свет — частица или волна? И все до этого думали, что есть только один ответ. Люди пока не знали какой, но какой-то один, и до него надо копать, копать,и найти его, наконец. А когда ученые залезли в квантовый мир, они поняли, что свет совершенно точно — это и свет, и частица, и в то же время ни то и ни другое, потому что ведёт он себя так, как хочет он, а не так, как хотим мы.
То есть оказалось, что привычный нам свет вёл себя и как частица, и как волна. Однако, когда провели эксперименты с единичными частицами света — фотонами,— они тоже вели себя как волны. Хотя они у них были, конечно, не «волнами» в привычном смысле. Как, например, это происходит с водой: мы видим, что бежит волна и состоит из маленьких частиц воды.
«Заткнись и считай!»
В то же время продолжалось активное экспериментальное исследование, поскольку наблюдать эти явления люди все-таки могли. Но на самом деле ученые-физики видели какой-то кошмар, а потому этот кошмар показывали всем и пытались всё это объяснить. Например, так появилась волновая гипотеза де Бройля, согласно которой обычной частице можно сопоставить волну, и рассматривать её как условную волну. Но она не волна, а «как бы» волна. Таковой была одна из попыток объяснить эту пугающую неразбериху.
А сейчас это то, чем мы в физике активно пользуемся. Мы в квантовой механике говорим, что это работает. Но если тогда считалось, что это «как бы» волна, то сейчас мы понимаем, что всё это можно называть и волнами, и частицами, и вообще по-всякому. И справедливо это не с пренебрежительным оттенком, а справедливо совершенно точно. Но в то же время нельзя говорить, что это волна или частица, или еще что-то определённое. Мы просто говорим, что это квантовый объект. Весь этот кошмар свойств, присущий квантовым объектам, содержится в этом определении — это просто квантовый объект. Он ни волна, ни частица, и волна, и частица, и всё это сразу, и точно — ничего из этого. Да, всё получается очень сложно.
В квантовой механике, квантовой электродинамике и других областях, где изучают кванты, в 50-х, кажется, годах даже появилась замечательная присказка: «Заткнись и считай!» Когда люди научились использовать какие-то матрицы и строить какие-то уравнения, которым поведение квантовых объектов удовлетворяло, тогда возникала какая-то странная математика. Почему-то при описании вполне себе обычных частиц, для которых до этого в привычной (классической) физике создавалось уравнение, и всё было хорошо, теперь уравнение делали матричным. Оно получалось сложным, поэтому пришлось вводить какие-то новые операторы. Люди просто хватались за головы и не знали, что делать.
Но в итоге получилось так, что если я беру математическое непонятно что и произвожу некие действия, то у меня всё получается. Более того, я могу сказать, что в результате с квантовым объектом получается вот это, вот это и вот это. По такому же принципу научились работать с вероятностями, с матрицами. У всех голова взрывалась оттого, что приходилось вводить какой-то новый математический аппарат, с которым почти никто не знал, как работать.
Были единичные специалисты, которые понимали, а остальные просто смотрели на них как на чудо света. Кто-то признавал, говорил: «Вот вы там молодцы. Вы делаете что-то невероятное. Я такое не могу, а вы можете», а кто-то говорил: «Я так не могу. Вы творите что-то непонятное. И, в общем, вы не правы, а я пошёл к себе».
В итоге физики все-таки научились описывать квантовые объекты. Ведь чтобы понять, что это, нужно сравнить квантовые объекты с тем, что привычно нашему миру. А поскольку нет ничего, с чем можно сравнить наш мир и квантовый, люди бросили эти попытки, загнать кванты в рамки классической физики, и просто поняли, что можно взаимодействовать, при этом не пытаясь как-то это определить их, связать с нашим миром.
Получилось так, что квантовый мир — это действительно отдельный мир, который живёт вместе с нашим, но влияет на него очень опосредованно. То есть то, что мы видим вокруг нас — это усреднение, как общая статистика. Подобно тому, как в социологии отдельные люди исчезают в общей массе, и появляется только статистика. Человек перестаёт быть человеком и становится частью группы, и для группы найти какие-то закономерности гораздо проще, чем разобраться, что происходит с отдельным человеком.
Вот и квантовая физика решила уйти от описаний, типа «вот эта частица поскакала туда», и попыток разобраться, что там происходит «в голове» у отдельной частицы. Потому что как раз с этого и начались все сложности. А это не так-то просто — попытаться продолжить аналогию с социологией и психологией, работой одной головы объяснить какие-то принципы взаимодействия разных сознаний, и вывести какие-то закономерности, которые позволили бы перейти от одного человека ко всему человечеству.
И вот это более-менее получилось с квантами. Прямо как в социологии — можно найти какие-то общие закономерности и сильно не вникать, что там происходит в отдельном сознании. Физики не интересуются, почему так, почему конкретная частица ведёт себя тем или иным образом. Они просто видят, что они ведут себя так-то и так-то. Иными словами, физики научились принимать то, что они видят, и описывать это. Ну и как-то работать дальше.
Источник: Научно-популярный журнал Science Pop
Февраль 2024 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Пн | Вт | Ср | Чт | Пт | Сб | Вс |
29 | 30 | 31 | 1 | 2 | 3 | 4 |
5 | 6 | 7 | 8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 |
1 |
2 |
3 |
+7(4852) 79-77-51
nis@uniyar.ac.ru
Ярославль,
ул. Советская, 14, к. 305
посмотреть на карте
с 8:30 до 17:30,
обед с 12:30 до 13:30