Мы ответили на вопрос, какой физический смысл несет в себе амплитуда электромагнитной волны. Длина же этой волны (и соответственно частота) означает сколько энергии несет в себе такая волна — вспомним про волны Де Бройля, про которые мы говорили в предыдущей главе. Однако кроме этого длина волны указывает нам область пространства, в которой мы в соответствии с амплитудой будем «ловить» частицу, если нам вдруг это понадобится. Но мы слегка забегаем вперед.

Главное, по окончанию главы не делать поспешных выводов и отметить очень важную вещь: электромагнитная волна не является волной, ей не требуется никакая среда для распространения. Она сама по себе реальная форма материи с некоторыми странными свойствами, ну, вы поняли: существование в суперпозиции вероятностей и всё такое. Поэтому любой современный ученый никогда не станет рассматривать всерьез фрические выкладки об эфире и конденсатах ментальной энергии — ничего этого не требуется для понимания и описания явлений микромира. В микромире, вообще всё по-другому устроено, и классический подход там ни к селу, ни к городу. Увы, обыватель, который задвигает про недооцененность эфирных моделей даже близко не представляет суть явления и ориентируется на обрывки критики квантовой механики начала прошлого века. С тех пор прошло более ста лет, и наши знания о квантовом мире сильно продвинулись вперед, при этом не опровергая предположения Борна, а наоборот, подтверждая и дополняя.

Несмотря на очевидное безумие, квантовая интерпретация поведения частицы в интерферометре объяснила множество вещей, которые до тех пор были вообще за гранью понимания. Человечество узнало, как на самом деле устроен атом, как происходят ядерные взаимодействия, почему и как работает химия и т. д. Увы, движок мироздания работает на вероятностях, и это твердый факт!

Давайте просто временно отложим в сторону книгу и погрустим на тему того, как же все сложно, черт побери, в этом мире.

Глава 12

Кот Шрёдингера и параллельные миры

Если подумать, то первым, кто запер

животных в коробке был Ной.

В предыдущей лекции мы узнали, что там, на расстояниях меньше микроскопических, происходит какая-то фигня. Материя перестает быть материей, она размазывается по пространству в суперпозиции своих состояний и летает повсюду в виде вероятностей, параметры которых напоминают волну. И всё это пресекается, когда такая волна сталкивается с препятствием, вносящее возмущение в систему, — это физики не очень умно назвали «наблюдением», дав зеленый свет «специалистам» по магии и высшим разумам, которые, видите ли, наблюдают нас, разрешая нам существовать.

Все это приводило в ужас тогдашних физиков старой школы. Во главе хейтеров квантмеха стоял Эйнштейн, который не только троллил молодых теоретиков, но собирал мемасики и демотиваторы, раздражающие Бора, Гейзенберга и других. Особенно нравилась Эйнштейну шутка своего дружбана Эрвина Шрёдингера. Хотя тот и написал формулу имени себя, показывающую как ведет себя квантовая система во времени и пространстве, но размышления о суперпозиции и ее разрушении через наблюдение ему чего-то не нравились. Не то, чтобы Шредингер был с этим не согласен, однако он призывал подумать, мол, нормальна ли такая ситуация, в которой частица пролетает через обе щели, а потом при «наблюдении» пролетает только через одну? Квантовая система должна быть более наглядной и понятной! — требовал он. Давайте шагнем чуть-чуть повыше уровня элементарных частиц и возьмем, например, радиоактивный распад атома. Это что же получается? Если мы не трогаем атом, так сказать, не наблюдаем, то он тоже находится в суперпозиции состояний? То есть одновременно распадается и не распадается, пока мы не это не проверим?

Но ладно атом, давайте рассуждать дальше, увлёкшись, острил Шрёдингер, а не приводит ли эта ваша суперпозиция к какой-нибудь дичи в макромире? К примеру, тот же радиоактивный атом — его можно использовать для связи с Большим Миром. Берем коробку, засовываем туда, скажем, кота и устройство, в котором используется тот самый радиоактивный атом в суперпозиции. Если атом не распадается, то ничего не происходит — кот сидит в коробке и обдумывает свое странное положение. А если атом распадается, радиоактивное излучение включает счетчик Гейгера, тот запускает механизм, выпускающий смертельное боевое вещество, запрещенное мировым сообществом — кот помирает. Глядя на такую коробку, каждому ежу понятно, что кот либо жив, либо мертв. Но это очевидно лишь в старой доброй классической картине мира. А с точки зрения квантовых законов мы принуждаем вселенную выбрать судьбу кота только посредством наблюдения — вмешательством в суперпозицию атома и кота. То есть кот становится живым или мертвым только тогда, когда мы открываем коробку. До этого же наш кот как будто бы находится в суперпозиции: он одновременно и жив имертв! Три раза ха-ха-ха!

Эйнштейн писал Шрёдингеру, мол, дорогой Эрвин, а ты, чертяка, хорош! — ловко ты проиллюстрировал противоречивость квантовой механики! Что ж это получается, — ухахатывался дедушка Альберт, — когда мы не смотрим на Луну, ее нет? Учитывая то, что в суровой реальности мы не наблюдаем котов, размазанных, в пространстве, то квантовая физика однозначно нуждается в уточнении.

В конечном итоге смешная шутка Шрёдингера привела к Самому Главному Вопросу квантмеха: как и когда происходит коллапс волновой функции? Бог с ней с суперпозицией, допустим, она существует, как минимум, в виде математической абстракции — нам бы для начала понять, как реализован выбор вариантов этой суперпозиции.

Копенгагенская интерпретация

Самое известное объяснение происходящего принадлежало Бору и Гейзенбергу, которые пили пиво в Копенгагене и размышляли о том, как насолить Эйнштейну. Если вы читали предыдущие главы, то суть интерпретации вам будет понятна. Это и есть то, как Макс Борн объяснил двущелевой эксперимент. Сама реальность такова, что результат возникает исключительно из акта наблюдения.

В момент наблюдения, измерения, эксперимента, встречи с другим объектом и так далее частица выбирает себе судьбу из имеющегося набора в соответствии с вероятностями, заданными амплитудой. Казалось бы, что и с котом та же история, и у нас коты в суперпозиции — обыденное явление. Например, наша кошка точно однажды находилась одновременно на кухне и в спальне — мы можем поклясться об этом на пятом томике лекций Фейнмана!

Однако, вы могли заметить, что копенгагенская интерпретация говорит о том, что наблюдение — это не открытие коробки. А вообще-то любое вмешательство в жизнь атома. Коллапс происходит значительно раньше благодаря взаимодействию ядра атома с окружающим миром. Кот же в этом цирке жив, пока атом целехонек, или погибает, когда осколки распада попадают на детектор. Иначе говоря, когда квантовые явления взаимодействуют с макромиром: с детекторами частиц, с котами и так далее — суперпозиция накрывается медным тазом. Тут, правда, возникает вопрос, а где протекает граница между макро- и микромиром? Споры еще ведутся. В конце прошлого века ученые умудрились экспериментально проверить так называемый «квантовый парадокс Зенона», который предсказывает, если часто измерять определенную квантовую систему, то можно «заморозить» ее состояние, не давая ей разрушиться. Во всяком случае наблюдение за распадом атомов рубидия не давало ему распадаться, что теоретически могло продолжаться сколь угодно долго. Так что шутка Шрёдингера еще может выйти нам боком, и вдруг окажется, что при определенных условиях, в определенных обстоятельствах, при контролируемом эксперименте котик действительно окажется в суперпозиции. Страшно?