Это всё квантовая физика! Непочтительное руководство по фундаментальной природе всего - Жереми Харрис

Но Юнг на этом не остановился. Сообразив, что непонятная фигня на проекционном экране вызвана интерференцией между двумя щелями, он сумел еще и предсказать, какие узоры получатся от разных источников света и от разных щелей.

Точные результаты потребуют математики, в которую нам некогда углубляться, но пока скажем, что ведущие умы сочли опыт Юнга чертовски впечатляющим. И лет сто это был самый лучший ответ на вопрос «Откуда взялась эта непонятная фигня на моем проекционном экране?».

Но потом пришел Эйнштейн и все испортил.

Эйнштейн гордо объявил миру, что сделал крайне неприятное открытие: «Эй, ребята, помните, как Макс Планк доказал, что энергия состоит из отдельных порций и на самом деле не непрерывна? Жереми пишет про это в конце „Введения“. Так вот, я только что доказал, что свет тоже состоит из отдельных порций. И назвал их „фотоны“. Вот, собственно, и все, а теперь переписывайте свои учебники на здоровье, болваны».

На первый взгляд неочевидно, почему это подрывает объяснение, которое Юнг дает своему опыту с двумя щелями. Вероятно, вы думаете: «А что такого? Может, фотоны из щели 1 и фотоны из щели 2 смешиваются или отскакивают друг от дружки каким-то особым способом, вот и получается такой узор».

Но будь это так, узор исчезал бы, если бы мы пропускали сквозь щели по одному фотону за раз. Если фотоны не проходят сквозь обе щели одновременно, они не могут ни смешиваться, ни отскакивать друг от дружки, так что мы должны вернуться к простой картинке из двух пятен, которую исходно и ожидали увидеть. Верно ведь?

Именно это и пытались сделать экспериментаторы – они пользовались очень тусклым источником света и пропускали сквозь щели буквально по фотону за раз.

И по мере того, как все больше и больше фотонов по одному попадали на экран… Угадайте, какой узор они начали формировать вместе?

Да ту же самую треклятую интерференционную картину!

Как такое возможно? С одной стороны, складывается впечатление, что свет из щели 1 как-то влияет на свет из щели 2 – иначе как объяснить интерференционную картину?

Но с другой стороны, складывается впечатление, что интерференция происходит, даже если через щели проходит ровно по одной частице света за раз. Каким образом однаединственная частица может повлиять на возникновение интерференционной картины? Она что, сама с собой интерферирует? Разве такое возможно?

А если она интерферирует сама с собой, сквозь какую из щелей она прошла? Сквозь правую? Сквозь левую? Сквозь обе?

О нет, она прошла сквозь обе, так ведь?

Да. Да, так и было. Этот проклятый мелкий фотон-одиночка буквально прошел сквозь обе щели одновременно.

Ну вот, получите-распишитесь. Тот факт, что свет состоит из частиц, в сочетании с результатами двухщелевого эксперимента Юнга вынудил физиков признать вероятность крайне неприятного развития событий: квантовые частицы вроде фотонов могут находиться в двух местах одновременно.

И это не единичный случай. Со времен Эйнштейна и Планка много других экспериментов показали, что субатомные частицы (строительные блоки для атомов) ведут себя так, словно находятся в двух местах сразу или движутся с разной скоростью либо в разные стороны одновременно.

В сущности, эксперименты показывают не только что частицы могут быть в нескольких местах одновременно или делать много всего сразу. Они показывают еще и то, что частицы предпочитают такое существование. Будучи предоставлены сами себе, частицы, которые изначально находятся в одном месте, начинают размазываться в пространстве – занимают все больше и больше соседних локаций и в конечном итоге распространяются по обширным областям, пока их не остановит, например, стена.

И хотя диссоциативное расстройство личности у субатомных частиц не входит в справочные руководства для психиатров, о нем говорится во всех учебниках по квантовой механике, какие только вам ни доведется читать.

Кроме того, это хвостик ниточки, за который можно тянуть до тех пор, пока не распутаешь саму ткань реальности. Это основа всего магического и крышесносного, что только есть в квантовой механике, и именно на это ссылаются те, кто при помощи квантовой механики пытается доказать существование души, параллельных вселенных, глубинных слоев реальности и многого другого.

Именно об этом мы и поговорим. Но прежде мне придется рассказать вам кое-что неприличное.

Физики обожают картинки. Честно говоря, в восьмидесяти процентах трудов по квантовой механике есть серии рисунков, которые показывают, как что-то нас интересующее меняется со временем.

А еще физики очень ранимы и не хотят в этом признаваться. Поэтому заключают свои картинки в особые скобки (они называются кет-скобками), вот такие: – чтобы убедить себя, будто вообще-то делают нечто более сложное.

Кет-скобки означают всего-навсего, что вы говорите о «квантовом состоянии» того, что в них заключено. А «квантовое состояние» – это просто вычурный способ сказать «состояние», что, в свою очередь, просто вычурный способ сказать «как обстоят дела у этой штуки».

Например:

Выходит, главное различие между просто дурачком, рисующим человечков, и специалистом по квантовой теории заключается в использовании кет-скобок на рисунке справа. Они означают всего лишь, что мы говорим об изображенном внутри них объекте в контексте квантовой механики.

Чтобы не выделяться в толпе физиков, дальше мы будем иногда ставить эти модные скобки. Просто помните, что на самом деле мы всего лишь рисуем всякую всячину.

А теперь посмотрим, как эти простенькие картинки помогут нам подергать за ниточки в ткани мироздания.

Мы уже говорили о фотонах – частицах света, из-за которых эксперимент Юнга на двух щелях дает такие необъяснимые результаты.

Они прекрасны и все такое, но, чтобы понять, почему ваши копии вполне могут бегать в бесчисленных параллельных вселенных или почему некоторые физики считают, будто из квантовой механики следует, что у нас есть бесплотные души, нам нужно познакомиться со вторым типом квантово-механических частиц – с электроном.

Электроны – крошечные субатомные частицы. Для наших целей достаточно представить себе, что электрон – это очень-очень маленький шарик.

Шарики могут вертеться по часовой стрелке и против часовой стрелки. Электроны тоже.

Нарисуем наш вращающийся электрон и возьмем его в кет-скобки:

В квантовой механике на самом деле есть только одна странность, и вы о ней уже знаете: квантово-механические частицы способны делать много всего вроде бы взаимоисключающего одновременно.

Например, эксперимент Юнга на двух щелях показал, что фотоны могут находиться в двух местах одновременно. И огромное количество крышесносных экспериментов, аналогичных юнговскому, показывают, что такие же сверхспособности есть у электронов. Они тоже могут находиться во многих местах сразу и умеют одновременно вращаться и по часовой стрелке, и против.

Чтобы представить себе, как это работает, удобно прибегнуть к цветовым аналогиям: если по часовой стрелке – это «белый», а против часовой стрелки – «черный», то