Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Научные журналы / Наука и жизнь
Начало сайта / Научные журналы / Наука и жизнь

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Безумные идеи

Доктор занимательных наук

Культура. Техника. Образование

Пионеры атомного века

Среди запахов и звуков

Химия вокруг нас

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

«Колдовское исчисление»

С. ПАНКРАТОВ

Иллюстрации к статье: Квантовая механика (диаграмма 1)

Представьте себе, что вы посылаете из Москвы две одинаковые телеграммы. На север – скажем, в Архангельск и на юг – в Одессу. В момент получения телеграммы одессит каким-то неведомым чутьем узнает, что точно такую же депешу вот-вот получит житель Архангельска, хотя в тексте телеграммы об этом не говорится ни слова. Правда, одесситы – особый народ, многое могут разгадать, и чтобы исключить случайности, вы посылаете целую серию телеграмм – одну за другой через примерно равные промежутки времени, причем текст посланий вы изменяете случайным образом, по своей прихоти. Но каждый раз, когда приходила телеграмма, одессит точно знал содержание послания, отправленного в Архангельск. Более того, фактически он знал переданный текст еще до того, как обе телеграммы достигали своих адресатов на севере и юге. Разумеется, и северянин, как выяснилось, ничем не уступал хитроумному одесситу.

Что это – магия, телепатия, сверхсветовой телеграф? Неужели в мире существуют такие мгновенные взаимные влияния? Как оказалось, да, существуют – в квантовом мире. А наука, описывающая этот странный мир – квантовая механика, – изменила человеческую цивилизацию намного сильнее, чем любая другая, например, широко известная общая теория относительности (см. «Наука и жизнь» №№2...4, 1987 г., №№5, 6, 1988 г.).

Именно квантовая механика стала основой современных электронных технологий – фактически сегодня она превратилась в инженерную дисциплину. И тем не менее споры о том, как интерпретировать квантовую механику никогда не прекращались со времени ее построения в 20-х годах нынешнего столетия, а в последнее время стали особенно оживленными.

Нынешний всплеск интереса к интерпретации квантовой механики возник после того, как молодой французский оптик Ален Аспек вместе со своими сотрудниками задумал и осуществил физический эксперимент, аналогией которого и служит пример с телеграммами, посланными из Москвы на север и на юг. Только роль телеграмм в эксперименте Аспека играли разлетающиеся в противоположные стороны фотоны, роль текста – их внутренние состояния (поляризации), а роль одессита и жителя Архангельска – фотодетекторы, помещенные позади поляризационных анализаторов, считывающих квантовое состояние фотона (содержание телеграммы). В результате опыта оказалось, что хотя оба фотона были разделены очень большим расстоянием и никак не могли бы обменяться информацией, каждый из них каким-то образом «узнавал» о том, что происходит с другим фотоном.

На первый взгляд такое сверхсветовое взаимодействие противоречит теории относительности и возвращает нас в дорелятивистскую эпоху к ньютоновой идее мгновенного дальнодействия. Энтузиасты сверхъестественного тут же ухватились за квантовую «нелокальность», трактуя ее как «научное» доказательство возможности экстрасенсорного восприятия: на международных конгрессах по парапсихологии, или, как ее стали называть, психотронике, около трети докладов посвящено спекуляциям на тему квантовой механики. Но дело здесь вовсе не в телепатии – просто квантовые явления несовместимы ни с представлениями классической физики, ни с нашей обыденной интуицией. Может быть, вообще самое удивительное в современной физике то, что она нуждается в механике двух типов, классической и квантовой, причем переход от одной к другой совсем не так прост, как это обычно декларируется в учебниках. Эйнштейн, к примеру, считал, что квантовая механика по меньшей мере неполна, что она «не может служить удовлетворительным исходным пунктом для дальнейшего развития».

Впрочем, именно благодаря этой неудовлетворенности Эйнштейна и появилась в физике квантовая «нелокальность» (парадокс Эйнштейна – Подольского – Розена), опытная проверка которой стимулировала серию классических экспериментов, в том числе эксперимент Аспека. Здесь мы сталкиваемся еще с одним глубоким следом, оставленным Эйнштейном в современной физике.

Кстати, именно Эйнштейну, по-видимому, принадлежит термин «квант». Он был первым, кто применил казавшуюся невероятной гипотезу Планка об «элементах энергии» для объяснения опытных фактов – законов фотоэффекта. 14 декабря 1900 года профессор Макс Планк сделал доклад о спектре излучения абсолютно черного тела, фактически просто нагретой сферы с небольшой дыркой. Чтобы объяснить спектр такого излучения. Планку пришлось предположить, что энергия излучается порциями, пропорциональными частоте света, испускаемого телом. Коэффициент пропорциональности, который входит абсолютно во все квантово-механические соотношения, с тех пор стали называть постоянной Планка.

14 декабря 1900 года нередко называют днем рождения новой науки – учения о квантах. На страницах цветной вкладки показаны, основные этапы развития современной квантовой механики, точнее, ее нерелятивистской части. Здесь вы увидите, как эволюционировали представления об атоме, о том, как ведет себя микрочастица, в частности электрон, и почему она не движется вдоль классической траектории, а распространяется подобно волне в некоторой не вполне определенной области пространства. Особую роль в квантовой теории играет проблема измерений – фактически квантовую механику можно условно разбить на две части: описание поведения микрообъектов и теорию измерений. В квантовой механике в отличие от классической результаты эксперимента описываются как вероятности различных исходов (пример с «котом Шредингера»).

Относительно измерений в квантовой механике существует несколько точек зрения, одна из них – довольно экстравагантная, однако все более популярная в последнее время – приводит к представлению о множестве миров. Согласно этой конструкции наш мир существует в бесконечном количестве почти одинаковых версий, и при любом измерении наблюдатель как бы размножается – одна его копия переходит в мир с одним исходом эксперимента, другая отправляется в другой мир, с иным исходом. Физики надеются, что в квантовой теории гравитации и космологии гипотеза многих миров окажется очень полезной. Примеры этому уже есть: в частности недавно построенная известными теоретиками И.Д. Новиковым (СССР) и К. Торном (США) теория космологической «машины времени», позволяющей отправиться в прошлое (и встретить там, скажем, свою бабушку в молодом возрасте), допускает интерпретацию в контексте многомирового представления квантовой механики.

В наступающем году мы надеемся более подробно познакомить читателей «Науки и жизни» с концепцией «ансамбля миров», с «машиной времени», с квантовой теорией измерений (в частности таких, которые минимально изменяют состояние исследуемого объекта), а также с распространением идей квантовой механики – как выразился Эйнштейн, «настоящего колдовского исчисления» – далеко за пределы физики.

 

Дата публикации:

10 сентября 2004 года

Электронная версия:

© НиТ. Научные журналы, 2002

В начало сайта | Книги | Статьи | Журналы | Нобелевские лауреаты | Издания НиТ | Подписка
Карта сайта | Cовместные проекты | Журнал «Сумбур» | Игумен Валериан | Техническая библиотека
© МОО «Наука и техника», 1997...2017
Об организацииАудиторияСвязаться с намиРазместить рекламуПравовая информация
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика