Есть ли реальность за вашей спиной? О квантовой физике простым языком - Катрина Арье
Пока мы не наблюдаем за частицей, она нигде не находится. Как только начинаем наблюдать, происходит коллапс волновой функции – и частица становится локализованной.
Принцип неопределённости Гейзенберга
…по-научному.
Произведение неопределённостей положения ∆X и скорости ∆V не может быть меньше, чем .
…простыми словами. Невозможно одновременно с точностью определить и координаты, и скорость частицы.
Природа как будто защищает от нас свои секреты, и мы никогда не сможем со 100 %-ной уверенностью предсказать, что произойдёт.
Принцип дополнительности Бора
…по-научному. Для полного описания квантово-механических явлений необходимо применять два взаимоисключающих набора классических понятий, совокупность которых даёт исчерпывающую информацию об этих явлениях как о целостных.
…простыми словами. Оба как будто противоречащих друг другу аспекта необходимы для полного описания системы.
Рассматривая одно и то же явление с разных точек зрения, мы можем прийти к разным результатам. И только совокупность представлений о предмете даёт нам истинную картину.
Квантовая суперпозиция
…по-научному. Квантовая суперпозиция – это суперпозиция состояний, которые не могут быть реализованы одновременно с классической точки зрения.
…простыми словами. Частица может пребывать в суперпозиции и находиться в комбинации двух и более состояний одновременно. Например, одновременно в двух местах.
Суперпозиция состояний касается не только положений частицы. Частица может одновременно двигаться и быстро, и медленно; вращаться и в одну, и в другую сторону.
Туннельный эффект
…по-научному. Туннельный эффект – это преодоление микрочастицей потенциального барьера в случае, когда её полная энергия меньше, чем та, которая бы для этого требовалась.
…простыми словами. Квантовое туннелирование – это эффект, при котором частицы могут проходить через барьеры, чья высота больше, чем энергия частиц.
В классической физике такое явление было бы невозможно, а в квантовом мире оно встречается на каждом шагу.
Квантовая запутанность
…по-научному. Это квантово-механическое явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми. Такая взаимозависимость сохраняется, даже если эти объекты разнесены в пространстве, когда любые известные взаимодействия бесконечно малы. Измерение параметра одной частицы сопровождается мгновенным прекращением запутанного состояния другой.
…простыми словами. Если частицы взаимодействовали (например, одновременно родились при распаде атома), то они оказываются связанными несмотря на расстояние, на которое разлетелись.
Если у одного из запутанных фотонов его спин при измерении оказался положительным, то спин другого фотона окажется отрицательным. Это происходит мгновенно, т. е. быстрее скорости света.
Задания
1. Придумайте примеры, как вы можете использовать понятия квантовой физики в жизни. С одной стороны, вы так лучше их запомните, а с другой – покажете окружающим свои ум и эрудицию. (Одна моя студентка так даже нашла себе мужа. Её использование профессиональных слов послужило поводом для начала их знакомства. Она сделала себе несколько футболок с самыми любимыми фразами и мемами квантовой физики, и у неё не было отбоя от желающих познакомиться с ней мужчин. И в результате нашёлся «тот самый».)
Относитесь к законам квантовой физики легко и с юмором. Вовлекайте близких в научные дискуссии, а новых образованных друзей – в вашу жизнь. Уж если серьёзные физики любят развлекаться и шутить, используя научные термины, вам это тем более можно!
Например, так:
• волновая функция. Моя дочка иногда на переменах гуляет в тех местах школы, где гулять запрещено. Она отправляет мне СМС: «Мама, сегодня в ланч-перерыве произошёл коллапс моей волновой функции». Это означает, что учителя увидели её в одном из запрещённых мест – установили, где она находится. И скоро напишут мне письмо о её плохом поведении;
• суперпозиция. Утром зазвонил будильник, я открыла глаза. С одной стороны, я ещё хочу спать, а с другой – уже как будто и проснулась. Я могу сказать: «Я сейчас в суперпозиции состояний сна и бодрствования»;
• принцип неопределённости Гейзенберга. Когда печатаешь на клавиатуре, нельзя печатать одновременно быстро и грамотно. Либо одно, либо другое;
• принцип дополнительности Бора. Я ругаю своего ребёнка и одновременно понимаю, как же сильно я его люблю.
2. Подумайте, как законы квантовой физики связаны с вашей жизнью. Например, я часто вижу, как знание принципа дополнительности Бора помогло бы ссорящимся людям (и даже компаниям и странам). Насколько мир стал бы лучше, если бы люди слышали противоположное мнение и принимали его как дополнительное!
Используйте хештег #арьекнига, и будем делиться друг с другом историями.
Часть 4
Фантастические коты и где они обитают
Вы узнаете о коте (а точнее, кошке) Шрёдингера и о квантовом самоубийстве, о многомировой интерпретации и о том, существует ли Луна, если на неё никто не смотрит.
Глава 1
Кот Шрёдингера
Давайте поговорим о знаменитых котах.
В Англии самый знаменитый кот – это Ларри, который живёт
