Нереальная реальность-2 - Андрей Кананин

Всё вышесказанное вытекает из принципа неопределённости, который был сформулирован Вернером Гейзенбергом в 1927 году.

Неопределённость состоит в том, что мы можем знать, где находится квантовая частица в пространстве, или как она движется, но мы не можем знать то и другое одновременно. Какую бы точную аппаратуру для вычисления мы не использовали, результата не будет. Дело ни в погрешности измерения, ни в технологической примитивности приборов, это фундаментальное свойство Вселенной, вплетённое в саму ткань физических законов. Мы не способны предсказать, где будет находиться квантовая частица в каждый конкретный момент времени.

Что мы можем определить точно, так это вероятность того, где она будет находиться. Иногда вероятность равна 1, то есть становится определённостью. Тогда прогнозируемый результат будет на 100% получен, что можно использовать на практике при создании квантовых приборов.

Согласно принципу неопределённости, частица не существует, пока её положение не измерит наблюдатель. То есть, пока этого не произошло, частица одновременно находится везде и нигде. Это потрясающее свойство квантового мира в корне противоречит нашему представлению о наблюдаемой реальности.

Вокруг вас множество хорошо знакомых материальных объектов и все они ведут себя вполне определённым образом. Стол не превращается в стул, а затем в шкаф. Вы точно можете предсказать, что Солнце не «зависнет» в одной точке неба на два дня. Потому что есть фундаментальные физические законы классического мира. Исходя из этого, вы уверенно знаете, как могут и как не могут «вести себя» окружающие вас материальные объекты. На основании такого, вполне справедливого заключения, вам кажется, что и всё остальное во Вселенной должно подчиняться, пускай необычным и сложным, но все-таки достаточно определённым правилам.

Когда выясняется, что на самом фундаментальном уровне реальности царит полная неразбериха, это шокирует неподготовленного читателя. Квантовый мир кажется не просто загадочным, а пугающим, противоречащим самому фундаменту Природы.

Тем не менее, факты игнорировать невозможно. Нашим миром правит принцип неопределённости. Природа по какой-то причине ограничила нашу способность предсказывать будущее. Мы не способны адекватно оценить не то что дальнейшее, но даже текущее состояние Вселенной.

Сейчас, когда вы читаете эти строки, вокруг вас в буквальном смысле этого слова бурлит невообразимо запутанная, необычайно сложная и недоступная интуитивному пониманию квантовая жизнь, где абсолютно ничто не определено. Но именно на том, недоступном вашему восприятию уровне, располагаются истинные кирпичики Мироздания.

Все, окружающие вас большие и привычные материальные объекты, не более, чем проекции истинной реальности. И эта настоящая реальность – неопределённая. Определённой, фиксированной, она становится лишь в момент измерения внешним наблюдателем, в том числе, вами лично.

Поняв суть принципа неопределённости Гейзенберга, создаётся впечатление, что наш мир специально устроен так, что в нём никто и никогда не способен предсказать будущее.

Глава 9. Квантовые «чудеса»

Физика разрешает «чудеса».

Согласно квантовой теории, существует минимальная вероятность того, что может случиться всё, что угодно.

Можно даже просчитать, например, вероятность того, что вы пройдёте сквозь стену, нарушив при этом принцип запрета Паули. Шансов у вас микроскопически мало, но они объективно есть.

Пробуйте. Один раз в триллион лет у вас наверняка получится.

Объясняемые физикой чудеса возможны.

Более того, само зарождение нашей Вселенной следует признать уникально необычным событием.

Возможно, момент Большого Взрыва был «чудесным» квантовым переходом вещества в новое состояние.

В любом случае, наш мир появился в результате очень маловероятного стечения обстоятельств.

Глобальная мечта разумного создания в нашей Вселенной – способность овладеть квантовыми вероятностями.

Тогда станут реальными самые фантастические идеи, такие как сверхсветовые путешествия или перемещение во времени.

Например, достижение далёких звёзд за считанные секунды очень маловероятно, но прямо не запрещено квантовой физикой. Если овладеть такой технологией, то любое невозможное станет возможным.

Конечно, человечество ещё не готово взяться за решение задачи по искусственному изменению вероятностей происхождения событий.

Но, как знать, может, наши далёкие потомки подчинят себе законы квантового мира.

Артур Кларк13 совершенно справедливо писал, что, если авторитетный учёный утверждает, что нечто невозможно, он почти наверняка не прав, поскольку любая достаточно ушедшая вперёд технология практически неотличима от магии.

Почему возможность необычных явлений очень мала?

Во-первых, волна вероятности обычно имеет значительную величину в ограниченной области пространства и ослабевает по мере удаления от неё.

Во-вторых, что ещё более важно, чрезвычайно маловероятно, что не одна, а огромное множество частиц одномоментно поведут себя экстремально. Поэтому в жизни мы не сталкиваемся с такими вероятностными проявлениями квантовой механики как самосборка разбитой чашки.

Волновая функция простирается далеко вглубь Космоса. Есть вероятность мгновенного перемещения вашего тела в любую точку Вселенной через 5 секунд. Это не противоречит законам квантовой физики. Но чрезвычайно маловероятно. Поэтому такие возможности люди просто игнорируют, как несбыточные.

Однако, не стоит забывать, что вы являетесь неделимой составляющей глобального квантового мира. Законы запутанности вполне применимы к частицам вашего тела. Всегда, когда кто-то наблюдает вас, происходит коллапс вашей волновой функции. Это означает, что частицы, взаимосвязанные с вашей волновой функцией в ту же секунду проявляют себя где-то ещё. Может быть, на другом краю Галактики. Задумайтесь об этом интересном и полностью научном факте.

Наблюдение вас здесь и сейчас может мгновенно повлиять на что-то, происходящее в миллиарде световых лет от Солнца и это влияние распространяется со сверхсветовой скоростью.

Это поразительный вывод, показывающий фундаментальное единство квантового мира.

Глава 10. Масса

Все окружающие нас объекты обладают массой. Мы воспринимаем этот факт, как само собой разумеющийся. Хотя на кажущийся простым вопрос «откуда возникает масса?», неподготовленному человеку ответить сложно.

На самом деле это очень принципиальный вопрос для физиков. До недавнего времени именно отсутствие ответа на него, не позволяло считать Стандартную модель Вселенной полной.

Действительно, почему некоторые элементарные частицы имеют массу, а другие нет? Откуда она появляется и почему так избирательно?

По какой причине масса отличается у разных частиц, причём, иногда, очень значительно? Например, верхний кварк тяжелее нейтрино в 600 млрд. раз.

Наконец, почему значение массы у каждой элементарной частицы строго определено?

В 1964 году Питер Хиггс14 предположил существование вездесущего квантового поля, пронизывающего весь реальный мир. Именно оно, позже названное полем Хиггса, наделяет объекты массой.

То есть, масса у элементарной частицы появляется вследствие её взаимодействия с полем Хиггса.

Механизм обретения массы похож на прилипание пыли к шарику, катящемуся по смазанной клеем поверхности. По мере своего перемещения по липкой плоскости, шарик становится тяжелее. Аналогично набирают вес частицы, перемещаясь в многомерном пространстве сквозь вязкое квантовое поле.

Таким образом, масса представляет собой сопротивление тела ускорению. В результате своих взаимодействий с вездесущим полем Хиггса элементарные частицы сопротивляются попыткам изменить их скорость и приобретают массу.

Почему частицы имеют различные массы?

Объяснение состоит в том, что разные виды частиц взаимодействуют с полем Хиггса по-своему. С физической точки зрения, чем труднее что-либо двигать, тем оно массивнее. Если частица слабо взаимодействует с полем Хиггса, плавно двигаясь через него, то сопротивление будет небольшим, и такая частица имеет малую массу. Наоборот, чем существеннее частица взаимодействует с полем Хиггса, тем большую массу она приобретает. Массы объектов очень разнообразны, потому что различные типы частиц взаимодействуют с полем Хиггса с большей или меньшей силой.

Все мы состоим из электронов, протонов и нейтронов. Когда вы перемещаетесь в пространстве, то движется не ваше тело, а электроны и кварки. Поле Хиггса, взаимодействуя с ними, препятствует их ускорению. И это «торможение» элементарных частиц вы ощущаете, как массу объекта, то есть вес вашего тела. Прилагаемые вами любые усилия ежесекундно борются с сопротивлением поля Хиггса.