Есть ли реальность за вашей спиной? О квантовой физике простым языком - Катрина Арье

Придумайте свои примеры принципа дополнительности.

Как ещё можно описать принцип дополнительности?

Рассматривая одно и то же явление с разных точек зрения, мы можем прийти к разным результатам. Но только совокупность представлений о предмете даёт его истинную картину.

Существует древняя притча о слоне.

Слон и слепые мудрецы

В одной деревне жили слепые мудрецы.

Как‑то раз они услышали: «Эй, к нам пришёл слон!»

Слепые не имели ни малейшего представления о том, что такое слон и как он может выглядеть.

– Я знаю, – сказал один мудрец, – мы ощупаем его!

– Хорошая идея! – согласились другие. – Так мы сможем узнать, какой он, этот СЛОН.

Итак, шесть мудрецов пошли «смотреть» слона.

Первый нащупал большое плоское ухо. Оно медленно двигалось вперёд и назад.

– Это веер! Слон похож на веер! – воскликнул он.

Второй мудрец стоял возле ноги слона и трогал её. Она была круглой и могучей.

– М-м-м… Это что‑то круглое и толстое… Слон похож на дерево! – воскликнул он.

– Вы оба не правы, – сказал третий. – Да, он круглый, но не толстый и к тому же очень гибкий! Он похож на верёвку! – Этот мудрец нащупал хвост слона.

– Ну нет! Слон похож на копьё! Да – круглый, да – тонкий, но не гибкий! – воскликнул четвёртый, который ощупывал бивни.

– Нет, нет! – закричал пятый. – Слон – как высокая стена. Большая, широкая и шершавая, – говорил тот, ощупывая бок слона.

Шестой мудрец держал хобот.

– Все вы не правы, – сказал он. – Слон похож на змею.

– Нет, на верёвку!

– Нет, на змею!

– На стену!..

– Вы ошибаетесь!..

– Я прав!..

Шестеро слепых мудрецов безудержно кричали друг на друга. Их спор продолжался целый день. Потом ещё один день, затем неделю, а к единому мнению они так и не пришли. Каждый мудрец представлял себе лишь то, что могли чувствовать его руки, и верил он только себе.

Поэтому они никогда так и не узнали, как выглядит слон.

Только совокупность описаний предмета даёт полную картину.

Шутливая версия притчи о слоне и мудрецах

Собралось однажды шесть слепых слонов в надежде выяснить совместными усилиями, что же такое человек.

Один слон пощупал человека ногой и сказал:

– Человек – это что‑то маленькое и плоское.

Остальные тоже пощупали человека ногой и единодушно согласились с первым.

Точно так же и мы с вами можем спорить друг с другом, когда смотрим на мир. Не только на слона, а на любые предметы, явления и даже понятия. Наши возможности всегда ограничены и не позволяют нам полностью видеть всего «слона» сразу. Мы можем пощупать его ногу, хвост, хобот или бивень и приблизиться к пониманию того, что же такое слон. Так мы составляем своё представление о мире.

Глава 4

Квантовая суперпозиция

Рассмотрим одно из самых загадочных явлений квантовой физики, которое называется квантовой суперпозицией.

Квантовая суперпозиция – это суперпозиция состояний [11], которые не могут быть реализованы одновременно с точки зрения обыденной реальности в классической физике.

Посмотрите на картинку «квантового» лыжника. Мы видим, что он одновременно проехал и с одной, и с другой стороны дерева! В этом случае говорят, что он находился в суперпозиции.

Суперпозиция – это способность квантовой системы одновременно находиться в двух взаимоисключающих состояниях.

Квантовая частица может пребывать одновременно в двух, трёх состояниях и более.

Вспомним двухщелевой эксперимент. В отсутствие наблюдения частица проходит через две щели одновременно, это мы видим благодаря интерференционной картинке на экране. Здесь как раз суперпозиция состояний: частица проходит через одну щель и через другую одновременно. Однако необходимо различать суперпозицию и следствие этой суперпозиции – интерференцию. Нам видна только интерференционная картина, но мы не можем «увидеть» суперпозицию. Частицу одновременно в двух местах никто не наблюдал. Частица ведёт себя неким загадочным образом, «показывая» нам, что она находилась как бы одновременно в двух разных местах. Но любой эксперимент обнаружит её только в одном месте! (Согласно волновой функции, в двухщелевом эксперименте частица находится даже в суперпозиции четырёх состояний: она прошла через первую щель, через вторую, через две одновременно и [или] не прошла ни через одну из них.)

#физикишутят

Всегда смотрите за молоком, когда его кипятите. Ведь всем известно, что молоко обладает квантовыми свойствами и при температуре кипения входит в состояние суперпозиции: «убежало» и «не убежало» одновременно. Эффект наблюдателя приведёт к коллапсу волновой функции, и молоко не убежит.

Суперпозиция состояний касается не только положения частицы. Частица может одновременно двигаться и быстро, и медленно; вращаться и в одну, и в другую сторону.

Если мы говорим о квантовом мире,