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.
Вигнер, Юджин Пол (или Вигнер Енё Пал; Eugene Paul Wigner; Wigner Jenö Pál; 17 ноября 1902 г., Будапешт, Австро-Венгрия – 1 января 1995 г., Принстон, США) – венгерско-американский физик-теоретик, известный также своим вкладом в математическую физику. Лауреат Нобелевской премии по физике (1963) «за вклад в теорию атомного ядра и элементарных частиц, в частности, за открытие и применение фундаментальных принципов симметрии».
Витгенштейн, Людвиг Йозеф Иоганн Людвиг Йозеф Иоганн (Ludwig Josef Johann Wittgenstein) (26 апреля 1889 г., Вена, Австро-Венгрия – 29 апреля 1951 г., Кембридж, Великобритания) – австрийско-британский философ в области логики, философии математики, философии разума и философии языка.
ГГайзенберг (Гейзенберг; Хайзенберг) Вернер Карл (Werner Karl Heisenberg; 5 декабря 1901 г., Вюрцбург, королевство Бавария, Германская империя – 1 февраля 1976 г., Мюнхен, ФРГ) – немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1932) «за создание квантовой механики, приложения которой в числе прочего привели к открытию аллотропных форм водорода».
Герлах, Вальтер (Walther Gerlach; 1 августа 1889 г., Бибрих, Германская империя – 10 августа 1979 г., Мюнхен, ФРГ) – немецкий физик, соавтор опыта, который подтвердил наличие спина у атомов и пространственное квантование направления их магнитных моментов.
Гирарди, Джанкарло (GianCarlo Ghirardi; 28 октября 1935 г., Милан, королевство Италия – 1 июня 2018 г., Градо, Италия) – итальянский физик-теоретик, занимавшийся фундаментальными проблемами квантовой механики.
Гордон, Вальтер (Walter Gordon; 13 августа 1893 г., Апольда, Саксен-Веймар-Эйзенах, Германская империя – 24 декабря 1939 г., Стокгольм, Швеция) – немецкий физик-теоретик.
ДДарвин, Чарльз Роберт (Charles Robert Darwin; 12 февраля 1809 г., Шрусбери, Великобритания – 19 апреля 1882 г., Лондон, Великобритания) – английский биолог, геолог и путешественник, создатель эволюционной биологии, сформулировавший теорию происхождения видов и человека путем естественного отбора.
Дебай, Петер Йозеф Вильгельм (Peter Joseph Wilhelm Debye, также Petrus Josephus Wilhelmus Debije; 24 марта 1884 г., Маастрихт, Нидерланды – 2 ноября 1966 г., Итака, Нью-Йорк, США) – нидерландско-американский физик и физикохимик, лауреат Нобелевской премии по химии (1936) «за вклад в понимание молекулярной структуры посредством исследований дипольных моментов и дифракции рентгеновских лучей и электронов в газах».
Демокрит Абдерский (ок. 460 г. до н. э., Абдеры, Греция – ок. 370 г. до н. э., там же) – древнегреческий философ, предложивший атомистический взгляд на устройство мира.
Дирак, Поль Адриен Морис (Paul Adrien Maurice Dirac; 8 августа 1902 г., Бристоль, Великобритания – 20 октября 1984 г., Таллахасси, США) – британский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1933) «за открытие новых форм квантовой теории».
Дойч, Дэвид Элиезер (David Elieser Deutsch; род. 18 мая 1953 г., Хайфа, Израиль) – британский физик-теоретик, один из пионеров квантовых вычислений и активный сторонник многомирового понимания квантовой механики.
ЗЗурек, Войцех Хуберт (Wojciech Hubert Zurek, также Żurek; род. 1951 г., Бельско-Бяла, Польша) – американский физик-теоретик в области фундаментальных проблем квантовой теории.
ККирк (Кёрк), Джеймс Тиберий (James Tiberius Kirk) – персонаж научно-фантастического телесериала «Звездный путь».
Клейн, Оскар Бенджамин (Oskar Benjamin Klein; 15 сентября 1894 г., Мёрбю, Швеция – 5 февраля 1977 г., Стокгольм, Швеция) – шведский физик-теоретик.
ЛЛевенгук, Антони ван (Antoni van Leeuwenhoek, также Thonius Philips van Leeuwenhoek; 24 октября 1632 г., Делфт, Республика Соединенных провинций – 26 августа 1723 г., там же) – нидерландский натуралист, конструктор микроскопов, сделавший ключевые открытия в области изучения живой материи.
Лондон, Фриц Вольфганг (Fritz Wolfgang London, 7 марта 1900 г., Бреслау, Германия – 30 марта 1954 г., Дарем, Северная Каролина, США) – германско-американский физик-теоретик, развивавший приложения квантовой механики и внесший фундаментальный вклад в теорию химической связи и межмолекулярных сил.
ММенделеев, Дмитрий Иванович (27 января 1834 г., Тобольск, Российская империя – 20 января 1907 г., Санкт-Петербург, Российская империя) – российский химик и изобретатель, автор Периодического закона; предсказал существование нескольких элементов.
ННейман, Джон фон (или Нейман Янош Лайош; John von Neumann; Neumann János Lajos; 28 декабря 1903 г., Будапешт, Австро-Венгрия – 8 февраля 1957 г., Вашингтон, США) – венгерско-американский математик и физик-теоретик, пионер компьютеров.
Ньютон, сэр Исаак (Isaac Newton; 25 декабря 1642 г., усадьба Вулсторп, Линкольншир, Королевство Англия – 20 марта 1727 г., Кенсингтон, Великобритания) – английский физик, математик, механик и астроном, один из создателей математического анализа и физической картины мира.
ООппенгеймер, Джулиус Роберт (Julius Robert Oppenheimer; 22 апреля 1904 г., Нью-Йорк, США – 18 февраля 1967 г., Принстон, США) – американский физик-теоретик, широко известен как научный руководитель Манхэттенского проекта.
ППаскаль, Блез (Blaise Pascal; 19 июня 1623 г., Клермон-Ферран, Франция – 19 августа 1662 г., Париж, Франция) – французский математик, физик, литератор, философ и теолог.
Паули, Вольфганг Эрнст (Wolfgang Ernst Pauli; 25 апреля 1900 г., Вена, Австро-Венгрия – 15 декабря 1958 г., Цюрих, Швейцария) – австрийско-швейцарский физик-теоретик, один из разработчиков квантовой теории. Лауреат Нобелевской премии по физике (1945) «за открытие принципа запрета, называемого также принципом Паули».
Пенроуз, сэр Роджер (Roger Penrose; род. 8 августа 1931 г., Колчестер, Великобритания) – английский физик и математик, работающий в различных областях математики, общей теории относительности и квантовой теории. Лауреат Нобелевской премии по физике (2020) «за открытие того, что образование черных дыр с необходимостью следует из общей теории относительности».
Планк, Макс Карл Эрнст Людвиг (Max Karl Ernst Ludwig Planck; 23 апреля 1858 г., Киль, королевство Пруссия – 4 октября 1947 г., Гёттинген, американская зона оккупации Германии) – немецкий физик-теоретик, пионер квантовой физики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1918) «в знак признания услуг, которые он оказал физике своим открытием квантов энергии».
Подольский, Борис Яковлевич (29 июня 1896 г., Таганрог, Российская империя – 28 ноября 1966 г., Цинциннати, США) – американский физик-теоретик.
Прохоров, Александр Михайлович (11 июля 1916 г., Атертон, штат Квинсленд, Австралия – 8 января 2002 г., Москва, Россия) – советский и российский физик, один из основоположников квантовой электроники, создатель мазера (совместно с Басовым), лауреат Нобелевской премии по физике (1964) «за фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию излучателей и усилителей на лазерно-мазерном принципе».
РРассел, Бертран Артур Уильям, 3-й граф Рассел (Bertrand Arthur William Russell, 3rd Earl Russell; 18 мая 1872 г., Треллек, Уэльс, Великобритания – 2 февраля 1970 г., Пенриндайдрант, Уэльс, Великобритания) – британский философ, логик, математик и общественный деятель.
Резерфорд, Эрнест, 1-й барон Резерфорд Нельсонский (Ernest Rutherford, 1st Baron Rutherford of Nelson; 30 августа 1871 г., Спринг-Грув, Новая Зеландия – 19 октября 1937 г., Кембридж, Великобритания) – британский физик, известный как отец ядерной физики. Лауреат Нобелевской премии по химии (1908) «за проведенные им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ».
