Квант - Джим Аль-Халили

Джим Аль-Халили

Квант

Jim Al-Khalili

Quantum. A Guide for the Perplexed

© Jim Al-Khalili, 2003

© Мамедьяров З. А., Фоменко Е. А., перевод на русский язык, 2017

© Издание на русском языке, оформление. ООО Группа Компаний «РИПОЛ классик», 2019

* * *

Эта книга посвящается моему отцу, которому я обязан в том числе и тем, что он первым рассказал мне о странной теории под названием «квантовая механика».

Введение

Будучи подростком, я зачитывался журналом «Необъясненное», который был полон свидетельств об НЛО, историй о Бермудском треугольнике и множестве других паранормальных явлений. Помню, как я с замиранием сердца открывал каждый новый номер, чтобы удостовериться, что мир полон странных и необъяснимых событий, которые никто не понимает. Больше всего мне нравились потрясающие фотографии, которые как будто были сделаны трясущимися руками на дешевую камеру в густом тумане темной ночью. Они якобы были свидетельствами того, что летающие тарелки, призраки и лох-несские чудовища действительно существуют. Особенно мне запомнился жуткий снимок отделенной от тела обугленной старушечьей ноги в мягком тапке, которая лежала рядом с кучей пепла в гостиной: только это и осталось от несчастной дамочки после случая «спонтанного человеческого самовозгорания».

Понятия не имею, выходит ли этот журнал до сих пор – лично я точно давным-давно его не видел, – но людей и сейчас очаровывают всевозможные паранормальные явления, которые до сих пор не классифицированы и не разложены по полочкам традиционной наукой. Такое впечатление, что многим нравится осознавать, что и по сей день в нашем мире существуют уголки, куда наука еще не проникла, где все еще живы магия и тайна, как будто присущие другому миру.

И это грустно. Мне кажется печальным, что все победы науки по объяснению и рационализации множества явлений нашей Вселенной порой считаются слишком обыденными, лишенными чуда. Это печалило и физика Ричарда Фейнмана, который в 1965 году стал лауреатом Нобелевской премии за свой вклад в наше понимание природы света. Он написал:

«Поэты утверждают, что наука лишает звезды красоты, говоря, что это просто скопления атомов газа. Но в этом нет ничего "простого". Я тоже вижу звезды ночью в пустыне, я тоже чувствую их. Но вижу ли я меньше или больше?.. Каков узор, какова суть, почему все это? То, что я знаю об этом немного больше, ничуть не умаляет всей загадочности. Ибо гораздо более удивительно то, что об этом думали и все художники прошлого. Так почему поэты настоящего об этом не говорят?»

В наши дни, когда наука популяризируется в книгах, журналах, документальных фильмах и в Интернете, отношение к ней, как я полагаю, меняется. И все же остается одна область науки, которую невозможно полностью рационализировать, используя разговорный язык, или объяснить на пальцах. Я говорю не о спекулятивных, полусырых идеях, основанных на всяких псевдонаучных аргументах вроде экстрасенсорного восприятия или, еще того хуже, астрологии. Напротив, эта область знаний считается передовой сферой науки. На самом деле она столь вездесуща, столь фундаментальна для нашего понимания природы, что объединяет в себе значительную часть всех физических дисциплин. Она описывается теорией, открытие которой, вне всякого сомнения, стало самым важным научным прорывом двадцатого столетия. По удивительному совпадению, именно ей и посвящена настоящая книга.

Квантовая механика примечательна по двум, на первый взгляд, противоречивым причинам. С одной стороны, она столь фундаментальна для нашего понимания принципов работы этого мира, что лежит в сердце большинства технологических сдвигов последней половины XX века. С другой стороны, кажется, никто ее не понимает!

Когда речь заходит о мире кванта, мы ступаем на удивительную территорию. На территорию, где мы как будто вольны выбрать любое из множества объяснений наблюдаемых явлений, каждое из которых так поразительно, что в сравнении с ним логичными кажутся даже истории о похищении пришельцами.

Если бы только люди знали, насколько ужасно и в то же время волшебно необычен на самом деле квантовый мир, если бы они только догадывались, на каком загадочном, неописуемом фундаменте покоится наша знакомая и цельная реальность! Зачем нужны истории о Бермудском треугольнике и проделках полтергейстов, когда квантовые феномены гораздо удивительнее их? В то время как практически любой известный паранормальный инцидент можно объяснить, всего лишь обратившись к здравому смыслу, квантовую теорию тестируют, прощупывают и исследуют всеми возможными способами уже без малого сотню лет. Жаль, что ни одна из гипотез квантовой механики ни разу, насколько мне известно, не попала на страницы «Необъясненного».

Стоит сразу пояснить, что странной и нелогичной кажется не сама теория квантовой механики. Напротив, она представляет собой потрясающе точную и логичную математическую конструкцию, которая превосходно описывает Природу. На самом деле без квантовой механики мы не смогли бы понять основы современной химии, электроники и материаловедения. Без квантовой механики мы не изобрели бы ни кремниевый чип, ни лазер; не было бы ни телевизоров, ни компьютеров, ни микроволновых печей, ни CD – и DVD-плееров, ни мобильных телефонов, ни многих других устройств, которые мы в наш технологический век принимаем как должное.

Квантовая механика невероятно точно предсказывает и объясняет поведение самих кирпичиков материи – не только атомов, но и частиц, из которых они состоят. Она дает нам очень точное и практически полное понимание того, как субатомные частицы взаимодействуют друг с другом и соединяются, чтобы формировать мир, который мы видим вокруг и частью которого являемся сами.

Таким образом, перед нами встает противоречие: как может научная теория столь успешно объяснять все эти «как» и «почему» и в то же время оставаться столь загадочной?

Большинство практикующих физиков, которые ежедневно применяют правила и математические формулы квантовой механики, скажут, что они не видят в этом проблемы. В конце концов, они знают, что она работает. Она помогла нам объяснить огромное количество природных явлений, ее математический аппарат и формулировка точны и понятны и, несмотря на многократные попытки сомневающихся в их правильности, блестяще выдержали все возможные экспериментальные проверки, которым их подвергли. И правда, физики нередко сетуют на тех своих коллег, которые до сих пор не могут смириться с парадоксальной и необычной природой субатомного мира, сообщаемого нам теорией. К тому же какое право мы имеем ожидать, что природа на уровне невообразимо крохотных атомов будет вести себя хоть сколько-нибудь знакомо, когда мы ежедневно видим лишь ее поведение на уровне людей, машин, деревьев и домов?