Сто лет недосказанности: Квантовая механика для всех в 25 эссе - Семихатов Алексей
Сто лет недосказанности: Квантовая механика для всех в 25 эссе читать книгу онлайн
Квантовая механика – самый точный из известных человечеству способов описания мира на той фундаментальной глубине, которая определяет его структуру, но недоступна прямому наблюдению. Только благодаря квантовой природе удается существовать атомам, людям, звездам и почти всему остальному. Квантовые эффекты, которые уже задействованы в технологиях, максимально приближаются к нашим представлениям о чудесах. Но в силу самого своего устройства квантовая механика оставляет недосказанности в отношении поведения квантовых объектов и свойств реальности.
На заре второго квантового столетия Алексей Семихатов, автор бестселлера «Всё, что движется», предлагает последовательное изложение современного состояния квантовой механики. Каковы принципиальные особенности квантового мира и какой ценой их можно примирить с интуицией? По каким правилам развиваются квантовые системы во времени и как в это развитие вмешиваются вероятности? Как различные интерпретации квантовой механики подталкивают нас к глубоко философским заключениям о возможном устройстве реальности – от параллельных вселенных до разрывов в восприятии? И как привычная нам реальность возникает из чуждой ей квантовой? Что все-таки делает квантовый компьютер, что и как вовлекается в квантовую запутанность и почему квантовым объектам приходится существовать без некоторых свойств? Оказывается, о квантовой механике можно всерьез говорить понятным языком, а обсуждение ее сложных мест делает этот разговор только интереснее.
Согласно квантовым законам и только лишь благодаря квантовым законам существуют атомы, из которых состоим и мы сами, и почти все на планете Земля; благодаря квантовым законам горит Солнце; квантовые процессы определяют взаимодействие света и вещества; весь наш мир собран из квантовых объектов. Но фундаментальная квантовая природа в глубине мира остается в основном незаметной из-за мельтешения огромного числа мельчайших участников. По отдельности они ведут себя квантово и взаимодействуют друг с другом тоже по квантовым правилам, но все вместе образуют привычный нам наблюдаемый, и почти ничем не квантовый, мир…. Парадоксальным образом привычные свойства окружающего мира основаны на чуждых ему квантовых явлениях.
Особенности
26 иллюстраций, нарисованных специально для книги. Иллюстратор Нюся Красовицкая предложила философско-метафорическое видение предмета, определяющая черта которого – отсутствие наглядности.
Квантовая механика не похожа на другие физические теории. Она поразительно успешна на практике, а ее логическая структура приводит к интригующим проблемам философского порядка. Ее вычислительная схема основана на строгих формальных предписаниях, но знаменательным образом обходит стороной вопрос о том, что же физически происходит в пространстве-времени. И в соответствии со своей собственной логикой квантовая механика ставит перед нами вопросы об устройстве реальности, но не затрудняет себя однозначными ответами.
Для кого
Для тех, кому интересно, какие правила игры, радикально отличающиеся от привычных, лежат в самой основе мира и определяют устройство и нас самих, и почти всего, что нас окружает.
Мир выглядел бы совершенно безумным, если бы в нашем восприятии отражалась даже малая часть экзотически запутанных состояний, которые в огромном количестве возникают в ходе эволюции волновой функции под управлением уравнения Шрёдингера. Общим местом была бы неопределенность положения и ориентации в пространстве; объекты находились бы в самых немыслимых комбинациях запутанных свойств.
Имеющиеся в квантовой теории поля проблемы – не с самими квантовыми полями, а с нашими возможностями выполнять необходимые вычисления. А там, где нам удается пробиться сквозь математику, изобретенные абстрактные построения успешно сдают экзамен на соответствие наблюдениям. Это и дает основания считать – если вспомнить цитату, – что наш мир квантовый «до самой сердцевины».
Что в заключение
Квантовая механика не похожа на другие физические теории. Она поразительно успешна на практике, а ее логическая структура приводит к интригующим проблемам философского порядка. Ее вычислительная схема основана на строгих формальных предписаниях, но знаменательным образом обходит стороной вопрос о том, что же физически происходит в пространстве-времени. И в соответствии со своей собственной логикой квантовая механика ставит перед нами вопросы об устройстве реальности, но не затрудняет себя однозначными ответами.
Несмотря ни на что, однако, квантовая механика встречает свой столетний юбилей на вершине славы и могущества. Ее предсказательной силе совсем не мешает некоторая недосказанность.
Мешает ли эта недосказанность нам? Не слишком, если главное для нас – (заткнуться и) вычислять. Тем не менее трудно подавить в себе любопытство в отношении того, «что там все-таки происходит». Желание разобраться и воплощается в интерпретациях квантовой механики, которым в этой книге уделено значительное внимание. Они в немалой степени затрагивают философские проблемы устройства мира. Вместе с тем практический аспект им отчасти возвращают наши растущие возможности управлять квантовыми явлениями, что в целом острее ставит вопрос о содержании этих явлений. Что же касается аспектов, которым, возможно, суждено остаться философскими, мне представляется уместным следующее напоминание:
Изучать философию следует не ради однозначных ответов на поставленные ею вопросы, поскольку подтвердить истинность однозначных ответов, как правило, не удается, а ради самих вопросов; потому что эти вопросы расширяют наши представления о возможном, обогащают наше интеллектуальное воображение и убавляют догматическую самоуверенность, которая закрывает разуму путь рассуждений; но более всего по той причине, что благодаря философскому созерцанию величия Вселенной разум также обретает величие и способность к тому единству со Вселенной, которое составляет его высшее благо.
Б. РасселРекомендуем книги по теме
Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной. От космических орбит до квантовых полей
Алексей Семихатов
Физика невозможного
Митио Каку
Квантовая случайность. Нелокальность, телепортация и другие квантовые чудеса
Николя Жизан
Начало бесконечности
Дэвид Дойч
Персонажи
ААня (более известна как Alice) – ассистентка в проведении мысленных экспериментов.
Аристотель (384 г. до н. э., Стагира, Греция – 322 г. до н. э., Халкида, Греция) – древнегреческий философ и эрудит классического периода, интересы которого охватывали естественные науки, языкознание, экономику, политику и искусство.
ББасов, Николай Геннадиевич (14 декабря 1922 г., Усмань, Тамбовская губерния, РСФСР – 1 июля 2001 г., Москва, Россия) – советский и российский физик, один из основоположников квантовой электроники, создатель мазера (совместно с Прохоровым), лауреат Нобелевской премии по физике (1964) «за фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию излучателей и усилителей на лазерно-мазерном принципе».
Белл, Джон Стюарт (John Stewart Bell; 28 июня 1928 г., Белфаст, Северная Ирландия, Соединенное Королевство – 1 октября 1990 г., Женева, Швейцария) – физик-теоретик, сформулировал и доказал неравенства, ограничивающие степень корреляции между запутанными партнерами при наличии локальных скрытых параметров.
Бете, Ханс Альбрехт (Hans Albrecht Bethe; 2 июля 1906 г., Страсбург, Германия – 6 марта 2005 г., Итака, Нью-Йорк, США) – германско-американский астрофизик и ядерный физик, лауреат Нобелевской премии по физике (1967) «за вклад в теорию ядерных реакций, особенно за открытия, касающиеся источников энергии звезд».
Бозе, Шатьендранат (Satyendra Nath Bose; 1 января 1894 г., Калькутта, Британская Индия – 4 февраля 1974 г., Калькутта, Индия) – индийский математик и физик-теоретик. Один из создателей квантовой статистики, в честь которого назван бозонами класс квантовых объектов (в том числе элементарных частиц).
Бом, Дэвид Джозеф (David Joseph Bohm; 20 декабря 1917 г., Уилкс-Барре, Пенсильвания, США – 27 октября 1992 г., Лондон, Великобритания) – американо-бразильско-британский физик-теоретик, известный своими работами по квантовой физике, а также философии сознания.
Бор, Нильс Хенрик Давид (Niels Henrik David Bohr; 7 октября 1885 г., Копенгаген, Дания – 18 ноября 1962 г., там же) – датский физик-теоретик. Лауреат Нобелевской премии по физике (1922) «за заслуги в исследовании строения атомов и испускаемого ими излучения» (фактически за первую квантовую модель атома, предложенную в 1913 г.). После 1925 г. являлся одной из центральных фигур в распространении и применении квантовых идей, а также в интерпретации квантовой механики.
Борн, Макс (Max Born; 11 декабря 1882 г., Бреслау, королевство Пруссия, Германская империя – 5 января 1970 г., Гёттинген, ФРГ) – германско-британский физик-теоретик, внесший существенный вклад в разработку квантовой теории, включая матричную механику в совместных работах с Гайзенбергом и вероятностную интерпретацию волновой функции. Лауреат Нобелевской премии по физике (1954) «за фундаментальные исследования по квантовой механике, особенно за статистическую интерпретацию волновой функции» (правило Борна).
Бройль, Луи Виктор Пьер Раймон, 7-й герцог Брольи, более известный как Луи де Бройль (Louis-Victor-Pierre-Raymond, 7ème duc de Broglie; Louis de Broglie; 15 августа 1892 г., Дьеп, Франция – 19 марта 1987 г., Лувесьен, Франция) – французский физик-теоретик, один из основоположников квантовой теории. Лауреат Нобелевской премии по физике (1929) «за открытие волновой природы электронов».
ВВайскопф, Виктор Фредерик (Victor Frederick Weisskopf; 19 сентября 1908 г., Вена, Австро-Венгрия – 22 апреля 2002 г., Ньютон, США) – американский физик-теоретик.
Вайцзеккер, Карл Фридрих фон (Carl Friedrich von Weizsäcker; 28 июня 1912 г., Киль, Германская империя – 28 апреля 2007 г., Штарнберг, Германия) – немецкий физик и философ (и представитель известной в немецкой политике семьи). Совместно с Гайзенбергом и другими работал над «Урановым проектом» в Германии во время Второй мировой войны.
Вейль (Вайль), Герман Клаус Гуго (Hermann Klaus Hugo Weyl; 9 ноября 1885 г., Эльмсхорн, Шлезвиг-Гольштейн, Германская империя – 8 декабря 1955 г., Цюрих, Швейцария) – немецкий математик, физик-теоретик, логик и философ.
