Есть ли реальность за вашей спиной? О квантовой физике простым языком - Катрина Арье

датчики, чтобы понять, через какую из них всё‑таки проходит электрон, он становится частицей.

• Из результатов двухщелевого эксперимента можно предположить, что поведение любых объектов микромира неразрывно связано с наличием наблюдателя. А при отсутствии сознающего наблюдателя все элементы реальности существуют в неопределённом состоянии.

• Вероятно, объективной реальности вовсе не существует.

 Задание

Поиграем в создание собственных субъективных реальностей!

На любое событие, даже если оно давно прошло, можно посмотреть с разных точек зрения. Когда мы рассказываем, например, о своём детстве, то представляем лишь один из слоёв реальности. А хорошо было бы иметь много историй и вытаскивать их, как фокусник из шляпы, в зависимости от ситуации и от имиджа, который вы хотите создать.

Придумайте свои 10 автобиографий (можно только о детстве). Все они должны быть правдивыми. Но представьте правду с разных сторон, ведь можно выбрать разные факты и интерпретировать их разными способами. Расскажите истории:

• о своём счастливом детстве;

• о несчастливом детстве;

• о том, как вам повезло с родителями;

• о том, насколько сложные у вас семейные отношения, и т. д.

Используйте хештег #арьекнига, и будем делиться друг с другом историями.

Часть 3

Всё чудесатее и чудесатее…

Вы изучите основные понятия и законы квантовой физики; узнаете, может ли объект находиться в нескольких местах одновременно, какова вероятность заключённому оказаться за тюремной стеной и «играет ли Бог в кости». А ещё попрактикуетесь использовать в жизни понятия квантовой физики и легко сможете продемонстрировать ум и эрудицию.

Глава 1

Волновая функция и уравнение Шрёдингера

Представьте, что вы принесли домой котёнка и выпустили его в прихожей из клетки-переноски. Котёнок убежал, и вы не знаете, где он. Можно предположить, что вероятность найти его в комнатах, близких к прихожей, выше, чем в комнатах второго этажа, например. Она выше и в местах, где котята любят прятаться: под диваном, в ящиках, под шкафом. На кухне эта вероятность будет достаточно высокой, так как котёнка могут привлечь запахи еды.

Распределение вероятности – это волновая функция котёнка. Обратите внимание, что она меняется со временем. Через пару часов вероятность найти котёнка в дальних комнатах увеличится. Поскольку вы не видите котёнка, то ничего не можете сказать о его местоположении. Есть только вероятность. И вот вы ходите по дому, заглядываете под мебель, за шторы… И в один миг – раз! – видите котёнка. Физик скажет, что произошёл коллапс волновой функции (т. е. котёнок обнаружен в определённом месте).

Именно таким образом волновая функция описывает поведение частиц – как котёнка. Только между частицей и котёнком есть одна существенная разница. Котёнок всё‑таки в каждый момент времени где‑то находится – просто вы не знаете где. А, например, электрон НИГДЕ не находится, пока мы его не пронаблюдаем. Любая частица существует как эволюционирующий набор вероятностей до тех пор, пока не произойдёт коллапс её волновой функции.

#физикишутят

Эрвин Шрёдингер создал своё знаменитое уравнение в 1925 году. Шрёдингера считают Казановой в среде физиков: он очень любил женщин и постоянно заводил новые романы. Однажды он поехал на рождественские каникулы с очередной дамой сердца в уединённый отель в Австрии, и именно там ему пришла идея уравнения, которое наряду с E = mc2 называют самым важным уравнением физики.

Это – дифференциальное уравнение, аналог уравнения Ньютона в квантовой механике. Только уравнение Шрёдингера описывает поведение объектов микромира. Решение этого уравнения – это математическая величина, называемая волновой функцией и обозначаемая греческой буквой пси (Ψ). Пси – это математическое облако вероятности: оно показывает нам вероятность того, что электрон окажется в том месте, где мы будем его искать.

На языке науки: квадрат модуля волновой функции описывает вероятность того, что электрон находится там, где мы его будем искать.

Уравнение Шрёдингера произвело эффект разорвавшейся бомбы. Ведь оно означает, что предсказать будущее невозможно. И не только на уровне микромира. Потому что крупные объекты, включая нас с вами, тоже состоят из частиц. И любая из частиц может поменять направление движения без всякой видимой причины. С ещё меньшей вероятностью, но даже все они могут поменять направление, и вы можете оказаться, например, сидящим в амазонских джунглях.

Чем более успешной становится квантовая теория, тем глупее она выглядит.

Альберт Эйнштейн, один из основателей современной теоретической физики

Многие столетия в физике господствовал детерминизм – теория, согласно которой все будущие события возможно предсказать. Если бы были известны координаты и скорости всех частиц во Вселенной, то можно было бы со 100 %-ной точностью утверждать, что́ случится в каждое следующее мгновение. Здесь квантовая теория полностью опровергла физику Ньютона, согласно которой мир предсказуем и упорядочен. Мнение, что у каждого следствия есть чётко определённая причина, оказалось неверным.

Постепенно взгляды физиков – основателей квантовой теории разделились. С одной стороны были Гейзенберг и Бор, которые считали отсутствие детерминизма основой мироздания и много писали о связи квантовой физики с философией, психологией. Время доказало правоту именно этой точки зрения, именно за это была получена Нобелевская премия по физике в 2022 году.

А с другой стороны были Эйнштейн со Шрёдингером, которые не находили это разумным и говорили, что мир детерминирован и происходящее с объектами микромира между моментами наблюдения нам просто знать не дано. Шрёдингер для обоснования своей точки зрения придумал мысленный эксперимент с котом (кот Шрёдингера), который мы подробно разберём в следующей