Джон Гриббин - Шесть невозможностей. Загадки квантового мира

Шесть невозможностей. Загадки квантового мира
Название: Шесть невозможностей. Загадки квантового мира
Автор:
Жанры: Физика | Научно-популярная литература
Серии: Нет данных
ISBN: Нет данных
Год: 2021
О чем книга "Шесть невозможностей. Загадки квантового мира"

Квантовая физика – очень странная штука. Она утверждает, что одна частица может находиться в двух местах одновременно. Больше того, частица – это еще и волна, и все происходящее в квантовом мире может быть представлено как взаимодействие волн – или частиц, как вам больше нравится.

Все это было понятно уже к концу 1920-х годов. За это время было испробовано немало разных более или менее убедительных интерпретаций. Известный популяризатор науки Джон Гриббин отправляет нас в захватывающее путешествие по «большой шестерке» таких объяснений, от копенгагенской интерпретации до идеи множественности миров.

Все эти варианты в разной степени безумны, но в квантовом мире безумность не равносильна ошибочности, и быть безумнее других не обязательно значит быть более неверным. «Шесть невозможностей» – поразительно лаконичный путеводитель по поистине удивительному миру.

В формате PDF A4 сохранён издательский дизайн.

Бесплатно читать онлайн Шесть невозможностей. Загадки квантового мира


John Gribbin

SIX IMPOSSIBLE THINGS

The ‘Quanta of Solace’ and the Mysteries of the Subatomic World


Переводчик Наталья Лисова

Научный редактор Игорь Лисов

Редактор Владимир Потапов


© John and Mary Gribbin, 2019

© Издание на русском языке, перевод. ООО «Альпина нон-фикшн», 2021

Об авторе

В длинный список бестселлеров автора входят такие книги, как «В поисках кота Шрёдингера», «Биография Вселенной», «13,8. Поиск истинного возраста Вселенной и теория всего», а также «Из тени гиганта: как Ньютон стоял на плечах Гука и Галлея». Гриббин – приглашенный профессор Университета Сассекса. Журнал The Spectator назвал его «одним из лучших и самых плодовитых современных авторов научно-популярной литературы».

Предисловие

В чем дело, Альфи? Нужда в квантовом утешении

Квантовая физика – странная штука. По крайней мере, странная для нас, потому что правила квантового мира, управляющие тем, как этот мир работает на уровне атомов и элементарных частиц (управляющие поведением света и вещества, как сформулировал это Ричард Фейнман), не совпадают со знакомыми нам правилами – правилами того, что мы называем здравым смыслом.

Квантовые правила как будто говорят нам, что некий кот может быть живым и мертвым одновременно, а частица может находиться сразу в двух местах. Мало того, они гласят, что любая частица есть также волна и всё в квантовом мире может быть описано исключительно в терминах волн – или же исключительно в терминах частиц, если вам там больше нравится. Эрвин Шрёдингер нашел уравнения, описывающие квантовый мир волн, Вернер Гейзенберг – уравнения, описывающие квантовый мир частиц, а Поль Дирак доказал, что эти два варианта реальности в точности эквивалентны друг другу и описывают один и тот же квантовый мир. Все это было ясно уже к концу 1920-х гг. Но, к большому разочарованию многих физиков, не говоря уже о простых смертных, никто (ни тогда, ни позже) не мог предложить разумного с точки зрения здравого смысла объяснения происходящего.

Конечно, можно просто игнорировать эту проблему в надежде, что когда-нибудь она исчезнет сама. Уравнения (в том варианте, который вы предпочитаете) прекрасно работают, если вам нужно, к примеру, спроектировать лазер, объяснить структуру ДНК или построить квантовый компьютер. Так оно и было: целые поколения студентов не получали других указаний, кроме указания «заткнуться и считать», то есть не спрашивать, что эти уравнения означают, а просто подставлять в них числа. Это примерно соответствует указанию заткнуть пальцами уши и напевать при этом «ля-ля-ля, я тебя не слышу». Более вдумчивые физики все же ищут утешения и покоя. Они уже предложили немало более или менее отчаянных средств для объяснения того, что происходит в квантовом мире.

Эти средства – «кванты утешения» – называются интерпретациями. На уровне уравнений ни одна из этих интерпретаций не имеет преимущества перед другими, хотя сами интерпретаторы и их последователи, конечно, скажут вам, что свет истинной веры несет их любимая интерпретация, а те, кто придерживается иных вероучений, – еретики. С другой стороны, в математическом отношении ни одна из интерпретаций ни в чем не уступает остальным. Скорее всего, это означает, что мы упускаем что-то серьезное. Когда-нибудь, возможно, будет открыто великолепное новое описание мира, способное делать все те же предсказания, что и современная квантовая теория, но при этом осмысленное. По крайней мере, можно на это надеяться.

А пока что стоит, пожалуй, предложить вам критический обзор основных интерпретаций квантовой физики. Все они безумны с точки зрения здравого смысла, причем некоторые из них безумнее прочих, но в квантовом мире «безумный» не обязательно означает «неверный», а быть безумнее остальных не обязательно значит быть еще более неверным. Я выбрал шесть примеров – традиционную полудюжину – в основном для того, чтобы оправдать использование цитаты из «Алисы в Зазеркалье» в качестве эпиграфа. У меня есть свое мнение об их относительных достоинствах, но я постараюсь попридержать его, чтобы дать вам возможность сделать собственный выбор, а если хотите, можно просто заткнуть уши и петь «ля-ля-ля, я тебя не слышу».

Однако, прежде чем предложить вам эти интерпретации, я должен объяснить хотя бы коротко, что именно мы пытаемся интерпретировать. Наука часто продвигается вперед рывками – как говорится, шаг вперед, два на месте. Но в данном случае, кажется, имеет смысл начать с двух шагов вперед, сделав тем самым еще один реверанс в сторону Чарльза Лютвиджа Доджсона, более известного как Льюис Кэрролл.

Джон Гриббин
Июнь 2018

Шаг первый

Главная загадка

Вся странность квантового мира обнаруживается в том, что мы обычно называем «экспериментом с двумя щелями». Ричард Фейнман, получивший Нобелевскую премию за вклад в квантовую физику, предпочитал называть его «экспериментом с двумя отверстиями» и говорил, что это «явление, которое невозможно, совершенно, абсолютно невозможно объяснить классическим способом. В этом явлении таится сама суть квантовой механики. Но на самом деле в нем прячется одна-единственная тайна… [и заключены] основные особенности всей квантовой механики»[2]. Сюрприз для тех, кто из школьного курса физики помнит, что с помощью этого эксперимента «доказывается», что свет представляет собой некую форму волны.

В школьном варианте эксперимента фигурирует темная комната, в которой свет падает на простой экран – лист картона или бумаги. В нем проделаны две крошечные дырочки или, в некоторых версиях, две узкие параллельные щели. За этим экраном расположен второй экран, уже без всяких отверстий. Свет, пройдя через два отверстия в первом экране, попадает на второй экран, где образует своеобразный узор из света и тени. То, как свет расходится от отверстий, называется дифракцией, а узор – интерференционной картиной, потому что возникает она в результате взаимодействия (интерференции) двух пучков света, исходящих от двух отверстий. И узор этот в точности соответствует рисунку, который должен был бы возникнуть, если бы свет двигался как своего рода волна. В одних местах волны складываются и создают на втором экране светлое пятно; в других – гребень одной волны приходится на впадину другой, они компенсируют друг друга и оставляют темное пятно. Интерференционную картину точно такого же типа можно увидеть в волнах, которые разойдутся на спокойной поверхности пруда, если бросить в него два камешка одновременно. Одна из характерных особенностей такой интерференции состоит в том, что самое яркое световое пятно на втором экране находится не прямо за одним из отверстий, а в точности посередине между ними – там, где следовало бы ожидать полной темноты на втором экране, будь свет потоком частиц. Да, если бы свет представлял собой поток частиц, можно было бы ожидать, что за каждым отверстием образуется светлое пятно, а между ними – темнота.


С этой книгой читают
Книга знаменитого британского автора Джона Гриббина «В поисках кота Шредингера», принесшая ему известность, считается одной из лучших популяризаций современной физики.Без квантовой теории невозможно существование современной науки, без нее не было бы атомного оружия, телевидения, компьютеров, молекулярной биологии, современной генетики и многих других неотъемлемых компонентов современной жизни. Джон Гриббин рассказывает историю всей квантовой мех
История ученого и личная биография объединились в этой книге, чтобы сделать полным рассказ о выдающемся человеке. Стивен Хокинг был необычным физиком: ему, возможно, удалось сделать больше, чем многим другим представителям академической науки, чтобы расширить наше, обывательское, понимание законов Вселенной. Его теоретические исследования природы черных дыр и оригинальные рассуждения о происхождении космоса расставили новые акценты в области обще
Теория эволюции путем естественного отбора вовсе не возникла из ничего и сразу в окончательном виде в голове у Чарльза Дарвина. Идея эволюции в разных своих версиях высказывалась начиная с Античности, и даже процесс естественного отбора, ключевой вклад Дарвина в объяснение происхождения видов, был смутно угадан несколькими предшественниками и современниками великого британца. Один же из этих современников, Альфред Рассел Уоллес, увидел его ничуть
Эта книга занимательно рассказывает о том, чего достигла современная наука и чего она еще сможет достичь. В ней описана увлекательная история поиска истинного возраста Вселенной и звезд. По мнению автора, это открытие – одно из величайших достижений человечества, которое доказывает, что современная физика стоит на верном пути к созданию теории всего.Книга будет полезна всем, кто интересуется физикой.
Книга по-настоящему проведет по тому естественно-природному пути, который приходится преодолевать нашим душам после физической смерти. Обрисует она также и обратный путь домой для последующего воплощения в реальную жизнь. Вся информация имеет строго научный окрас и приближает читателя к истинно природному пониманию существа жизни, как на Земле, так и далеко за ее пределами.
В книге приведено рождение, превращения, уничтожение и определение субстанции энергии и Законы природы. Наглядно показана работа действия отдельных компонентов энергии, которые структурируют и производят материю – интеграция вещества. Обратный процесс – дезинтеграция вещества – приводит к освобождению энергии. Дезинтеграция вещества и уничтожение энергии происходит с помощью холодной безмассовой плазмы. Даны механизмы, порождающие различные виды
Мировоззренческое эссе в трёх томах о всеединстве мира в его многообразии и в правящих в нём законах и силах, а также о том, как корни любой житейской или социальной проблем уходят в начала начал, откуда всё и вышло. В первом томе, названным мной Всеединством, раскрывается единосущность творца мироздания с его творением, где мироздание есть суть энергия в разнообразных своих формах, а творцом выступает органически присущий энергии закон самострем
Аристотель (384—322 до н.э.) – один из величайших мыслителей Античности, ученик Платона и воспитатель Александра Македонского, основатель школы перипатетиков, основоположник формальной логики, ученый-естествоиспытатель, оказавший значительное влияние на развитие западноевропейской философии и науки.«Физика» – фундаментальный трактат служит своего рода введением ко всем естественно-научным сочинениям Аристотеля, включая те из них, которые сегодня
Он с приятелем летел на Марс. Что-то пошло не так. Связь с Землей прервалась. Но он вернулся. Или вернулся не он?
Как стать журналистом? Нужно ли для этого специальное журналистское образование или достаточно просто быть талантливым и все, как дубинушка из старинной песни, «само пойдет», достаточно только «подернуть да ухнуть»? С чего начать работу журналиста или репортера? Что для этого надо знать и уметь? Как общаться с собеседниками, как сделать так, чтобы они отвечали на ваши вопросы, даже когда они не очень этого хотят? Как сделать ваш материал одноврем
Эта прекрасная книга поэта-фронтовика Якова Лазаревича Акима состоит из трех разделов. В первом разделе – лучшие стихи для детей. Второй раздел – сказки в стихах «Песенка в лесу» и «Девочка и лев», по которым были созданы замечательные мультфильмы. Третий раздел – это необыкновенно увлекательная сказка «Учитель Так-Так и его разноцветная школа».Открывается книга предисловием критика Владимира Александрова.
Если вы устали плыть по течению и хотите изменить жизнь – начните прямо сейчас! Автор книги, известный психолог Константин Довлатов разработал уникальную методику, которая преобразит вашу жизнь, – «Духовную интеграционику».Методика запускает скрытые ресурсы и способности, благодаря которым вы начинаете принимать правильные решения, привлекать нужных людей, ваше самочувствие улучшается, все складывается удачно, как бы само собой. Изменения происхо