Квантовая вселенная

Если вы любите на досуге изучать квантовую физику, то рекомендую к прочтению книгу Брайана Кокса и Джеффа Форшоу «Квантовая вселенная».

Она будет особенно полезна, если вы уже много чего прочитали по квантовой физике и так еще ее и не понимаете. После прочтения вы будете не понимать ее еще больше, но делать это с умным видом. Мысли из книги «Квантовая вселенная» описывают эту физику под иным углом, которого не встречал в другой литературе.

Опишу вкратце идеи книги «для чайников». Начнем с основ квантовой физики и вопроса: «Если мы возьмем частицу и ничего с ней делать не будем, где она будет в следующее мгновение?».

«Исааку Ньютону на такой очевидный вопрос отвечать было бы даже скучно: если мы размещаем где-то частицу и ничего с ней не делаем, она никуда и не движется. Но природа весьма категорично утверждает, что это попросту неверно. На самом деле Ньютон не мог ошибиться еще сильнее. А вот и правильный ответ: частица в следующий момент может оказаться в любой точке Вселенной».

Зайдите в комнату, закройте за собой дверь и обдумайте в тишине вышесказанное, пребывайте в комнате, пока вы не удивитесь происходящему во вселенной. В следующий момент времени частица может прыгнуть в любое место во Вселенной!

«Наша частица будет одновременно и в нанометре от исходного положения, и в миллиарде световых лет отсюда, в ядре звезды отдаленной галактики. Звучит, говоря по-простому, странно… Мы предполагаем, что, в отличие от водяной волны, электронная волна распространяется по всей Вселенной мгновенно».

Если мы хотим рассчитать, где окажется частица в следующий момент времени, то мы можем узнать только вероятность ее там обнаружения. И для этого нужно учесть все возможные варианты перемещения этой частицы во Вселенной из точки «А» в «Б», посчитать их вероятности, сложить и получить результат. Это явление даже имеет сексуальный подтекст и называется «оргия квантовой интерференции».

По аналогии, как мне кажется, представьте сколько существует маршрутов для вас добраться от дома до работы (института). Можно пойти так, можно иначе, на фундаментальном уровне частица проходит все пути одновременно! Возможно, что это нам только кажется, что мы идем одним путем, наши двойники в параллельных вселенных избирают все возможные другие пути, мы вместе потом коллапсируем в одну реальность, а может расщепляемся на бесконечное количество параллельных вселенных (но это уже из других книг).

Вас это не пугает? А должно бы!

«Нильс Бор, например, известен такой фразой: „Те, кто не пришел в ужас при знакомстве с квантовой механикой, просто не могут ее понять“. Ричард Фейнман предварил третий том „Фейнмановских лекций по физике“ словами: „Думаю, могу с уверенностью сказать, что никто не понимает квантовую механику“».

Квантовую физику открывали «дети».

«Лишь Макс Борн, один из старейших на 1926 год физиков, работавших в области квантовой теории (он находился в почтенном возрасте 43 лет), дал верную интерпретацию уравнения в статье, вышедшей спустя всего четыре дня после работы Шрёдингера. О возрасте мы заговорили потому, что в середине 1920-х годов квантовая теория имела прозвище Knabenphysik — «мальчишеская физика», потому что многие из ее ключевых деятелей были молоды.

В 1925 году Гейзенбергу было 23, Вольфгангу Паули, со знаменитым принципом которого мы встретимся позже, исполнилось 22, как и Полю Дираку, британскому физику, который первым вывел уравнение, верно описывающее электрон. Часто говорят, что молодость освободила их от старых способов мышления и позволила полностью отдаться радикально новой картине мира, которую предоставляла квантовая теория. В этой компании 38-летний Шрёдингер был стариком, и он действительно так до конца и не освоился с той теорией, в разработке которой сыграл ключевую роль».

Книга «Квантовая вселенная» объясняет и показывает, как рассчитывается вероятность обнаружения частиц в заданной точке с помощью техники циферблатов (не встречал в других книг такого понятного описания).

Дальше больше. Чтобы рассчитать положение одной частицы, нужно просчитать все ее пути во вселенной, а если частиц уже две? Каков будет результат их взаимодействия? Как понял, нужно рассчитать все возможные способы их контакта, даже учитывая петли во времени, сложить вероятности этих событий и получить вероятность результата в заданной точке вселенной. При этом получается, если вы задумаетесь над фундаментальной мыслью, что в любой следующий момент времени частица может прыгнуть в любую другую точку вселенной, что все связано со всем и размыто по вселенной в виде волны.

Электрон, находящийся, например, в атоме водорода, в любой момент времени может прыгнуть в другой атом, то есть нельзя сказать, как мне показалось, что этот электрон принадлежит этому атому, если в следующий момент времени он телепортируется на другой конец вселенной. Но это еще не все!

«… каждый электрон во Вселенной осведомлен о состоянии каждого другого электрона. И останавливаться на электронах необязательно: протоны и нейтроны тоже можно считать фермионами, так что каждый протон знает о других протонах и каждый электрон знает о других электронах. Связь между частицами, из которых состоит наша Вселенная, настолько тесна, что распространяется на всю Вселенную. Связь эта эфемерна в том смысле, что для сильно отдаленных частиц разница энергий настолько мала, что не оказывает сколь-нибудь существенного воздействия на нашу повседневную жизнь. Это одно из самых странно звучащих утверждений, к которым мы пришли на страницах книги. Кажется, что заявление о взаимосвязи каждого атома во Вселенной с каждым другим — это брешь, через которую может прорваться всякая холистическая бессмыслица».

Как вам такое? Вы прямо сейчас связаны со всеми атомами во вселенной! Движение вашей мысли перекраивает вселенную!

В книге «Квантовая вселенная» рассматриваются вопросы, которые волнуют ученых. Например, почему мы не проваливаемся сквозь землю?

«То, что мы не проваливаемся сквозь землю, само по себе несколько удивительно. Объяснять это тем, что земля твердая, не особенно эффективно, во многом благодаря открытию Резерфорда, что атомы — это почти полностью пустое пространство. Ситуация удивляет еще больше, потому что, насколько мы знаем, фундаментальные частицы природы размером не обладают вовсе».

Целая глава пытается объяснить, почему мы не проваливаемся сквозь землю, но там все слишком сложно для понимания. Если коротко:

«Мы пока еще окончательно этого не доказали, но замечание о том, что электроны избегают друг друга, разумеется, имеет последствия для атомов и понимания того, почему же мы не проваливаемся сквозь землю.

Теперь становится понятно не только то, что электроны в нашей обуви отталкиваются от электронов земной поверхности по правилу отталкивания одноименных зарядов, но и то, что они отталкиваются, потому что естественным образом избегают друг друга в соответствии с принципом Паули. Оказывается, согласно доказательству Дайсона и Ленарда, именно это избегание и не позволяет нам провалиться сквозь землю».

Также авторы объясняют, как работает проводимость, как устроен транзистор. В какой-то момент авторы так бодро и радостно раскрывают их понимание устройства квантовой вселенной, а потом на миг замирают в экзистенциальной мысли, что такими темпами они существуют во множественной вселенной.

«Но последствия такого серьезного восприятия шокируют, потому что придется представить, что Вселенная — это когерентная суперпозиция любых действий, которые могут произойти, а воспринимаемый нами мир (который, как мы предполагаем, конкретная реальность) таков лишь потому, что мы ошибочно считаем, что при измерении теряется когерентность… Если измерение не разрушает квантовой связности, то в каком-то смысле вся жизнь протекает внутри одной гигантской диаграммы Фейнмана, и наше желание думать, что происходят некие определенные вещи, — следствие нашего слишком приблизительного восприятия мира».

Другими словами, мы с вами скользим между существующими вечно блоками пространства-времени. Бороздим параллельные вселенные.

Книга Брайана Кокса и Джеффа Форшоу «Квантовая вселенная» научна и содержит много математики. Если хотите разобраться, как устроен наш мир, то рекомендую к прочтению.

P.S.
«Путешествуй по параллельным вселенным, это весело», — говорили они, доперемещался по блокам пространства-времени во вселенную, где на трамваях нарисована большая буква Z (Zorro), а внутри их сидят люди в масках, с вирусом борются даже не с помощью молитв, а qr-кодами и цветными пропусками, Рамзан Кадыров общается в Твиттере с Илоной Маск...

А ведь пришел из мира, где еще 3 года тому назад все было нормально.

Владимир Никонов
Подкасты о саморазвитии: https://music.yandex.ru/album/7328601