Есть ли реальность за вашей спиной? О квантовой физике простым языком - Катрина Арье
Знаменитый Непотопляемый Сэм, ходивший по морям во времена Второй мировой войны, пережил гибель трёх кораблей и умер через несколько лет на берегу. А Кот Казанский несколько сотен лет назад, по преданиям, спас своего хозяина, казанского хана, предупредив его о подкопе под кремлёвскую стену.
Ну а в мире науки самый знаменитый кот – это кот Шрёдингера. Забавно, что кот Шрёдингера на самом деле кошка. Шрёдингер был австрийцем и говорил на немецком языке. Он называл животное die Katze (есть признак женского рода). Точно неизвестно, как кошка превратилась в кота. Моё предположение: кошку Шрёдингера die Katze перевели на английский и она стала the cat без рода (в английском у имён существительных нет рода). А затем был уже перевод на русский, после которого и вовсе потерялась половая принадлежность и появился «кот».
Ну а теперь к эксперименту «Кот Шрёдингера». Это мысленный эксперимент, и, конечно, ни один кот не пострадал.
Шрёдингер задумался: а что случится, если поместить кота в коробку с устройством, содержащим смертельно опасный яд и ядро радиоактивного атома? Возникшая при распаде ядра частица запустит механизм, который высвободит яд, и кота настигнет смерть?
Момент распада радиоактивного ядра – это одно из тех событий, которое в физике даже теоретически невозможно предсказать.
Предположим, что вероятность распада ядра за один час составляет 50 %, и именно на этот час мы посадили кота в коробку. Тогда мы можем сказать, что через час кот в коробке с вероятностью 50 % будет жив, а с вероятностью 50 % – мёртв.
В момент, когда мы посадили кота в коробку, он точно был жив. Распад радиоактивного атома – это событие, относящееся к квантовой физике.
Поскольку судьба кота находится в прямой корреляции с судьбой радиоактивного ядра, у них возникает запутанное состояние. Для Гейзенберга, пока вы не открыли коробку, волновая функция кота окажется в суперпозиции двух состояний: одна её часть будет описывать живого кота, а другая – мёртвого.
Когда Шрёдингер описывал эксперимент, он хотел показать Гейзенбергу и Бору абсурдность их трактовки квантовой физики. Получается, что, только когда мы откроем коробку и произведём наблюдение, только в тот момент кот станет живым или мёртвым. А до этого он находится в состоянии суперпозиции – живой и мёртвый одновременно.
Но так не может быть! Кот однозначно ещё до открытия коробки либо жив, либо мёртв. Получается парадокс, который уже скоро как 100 лет волнует умы всего человечества.
Наблюдение (сознание) определяет существование кота.
Шрёдингер, конечно, совсем не ожидал, что его невинные рассуждения о кошке станут такими известными, а сама кошка превратится в мем.
Мы можем много шутить о коте Шрёдингера. Например, так:
Или так:
Мысль о том, существует ли объект без наблюдателя, не нова.
Епископ Беркли, живший в Англии в XVII–XVIII веках, задавал вопрос: «Если дерево падает и вокруг нет никого, то существует ли звук падающего дерева?» Довольно парадоксально.
Квантовая физика отвечает на этот вопрос ещё парадоксальнее. Она утверждает, что если рядом с деревом никого нет, то само дерево существует как суперпозиция различных состояний: молодого деревца, засохшего бревна, пиломатериалов и т. д. Только когда кто‑то посмотрит на дерево, произойдёт коллапс его волновой функции – и дерево проявится в каком‑либо виде. Казалось бы, абсурдно, но у квантовой физики есть козырь: она полностью согласована с результатами эксперимента и признана самой точной наукой всех времён.
#физикишутят
Эйнштейн спрашивал гостей в своём доме: «Вы действительно думаете, что Луна существует, только когда вы на неё смотрите?»
Парадокс кошки актуален до сих пор, и у физиков нет однозначного о нём мнения. Есть несколько интерпретаций квантовой физики, и во многом они различаются как раз во взглядах на проблему кошки.
Глава 2
Многомировая и копенгагенская интерпретации квантовой физики
Мой отец работал в Бауманке и ещё профессионально занимался альпинизмом. Люблю рассматривать фотографии, снятые отцом, где я новорождённая. Такие фото были редкостью для советских времён. Сотни фотографий моего сморщенного личика, как я плачу, улыбаюсь и строю разные гримасы, лежу в немецкой коляске и играю с погремушками. Когда мне было три месяца, отец повёл в горы группу альпинистов в Приэльбрусье, на вершину с самой высшей категорией сложности (пятой). Он попал под камнепад и погиб… У меня было счастливое детство, большая любящая семья. Но мне нравится думать, что где‑то, прямо рядом с нами, существует мир, в котором мой папа остался жив. Там он видел, как я росла, давал мне советы и много меня фотографировал. И сейчас бы наверняка гордился моей книгой.
А когда я оканчивала МГУ, то получила предложение бесплатно учиться в аспирантуре Стэнфордского университета. У меня был диплом с отличием, я выступала на конференциях, но в те годы невозможно было делать научную карьеру в России: наука совсем не финансировалась. Это было прекрасное предложение. Если бы я согласилась, то наверняка бы осталась работать в науке навсегда. Не жалею о своём выборе, но очень интересно: как сложилась бы моя жизнь тогда?.. Существует ли некая параллельная реальность, где я теперь профессор?
Линия нашей жизни постоянно разветвляется. Иногда мы сами выбираем, иногда так распоряжается Судьба. Многие физики сегодня верят в многомировую интерпретацию. И возможно, существует мир, где
