Но если фотону не мешать в его путешествии по двум веткам интерферометра, то в конце две волны вероятности встретятся. Амплитуды наложатся друг на друга, фотон снова подбросит свой кубик, но в этот раз из-за интерференции амплитуд ему можно будет использовать, скажем, только четные грани кубика, а нечетные — нельзя. И материализовавшийся из-за встречи с экраном фотон оставит свой след в том месте экрана, на которое указал вселенский генератор случайных чисел. Череда полос на экране говорит нам о том, что светлые полоски — это места, где фотон врезается чаще всего, а темные полоски — места, где фотоны практически никогда не обнаруживаются. То, что мы воспринимаем как вроде бы понятную классическую интерференцию, в итоге оказывается графиком распределения пойманных фотонов, вышедших из состояния суперпозиции. Невероятно, согласитесь?
Мы только что узнали голую неприкрытую правду о микромире. Спешим сказать, что и электрон, и протон, и даже некоторые молекулы похожим образом ведут себя на интерферометре. Представьте себе: запущенная в экран молекула интерферирует сама с собой. Правда, это специальная молекула, настроенная особым образом, но сути это не меняет. Технически и мы с вами как набор частиц интерферируем в пространстве, но так как все внутри нас взаимосвязано и переплетено, то суперпозиция наших частиц постоянно схлопывается, создавая иллюзию стабильности и однозначного нахождения в пространстве.
Мы ответили на вопрос, какой физический смысл несет в себе амплитуда электромагнитной волны. Длина же этой волны (и соответственно частота) означает сколько энергии несет в себе такая волна — вспомним про волны Де Бройля, про которые мы говорили в предыдущей главе. Однако кроме этого длина волны указывает нам область пространства, в которой мы в соответствии с амплитудой будем «ловить» частицу, если нам вдруг это понадобится. Но мы слегка забегаем вперед.
Главное, по окончанию главы не делать поспешных выводов и отметить очень важную вещь: электромагнитная волна не является волной, ей не требуется никакая среда для распространения. Она сама по себе реальная форма материи с некоторыми странными свойствами, ну, вы поняли: существование в суперпозиции вероятностей и всё такое. Поэтому любой современный ученый никогда не станет рассматривать всерьез фрические выкладки об эфире и конденсатах ментальной энергии — ничего этого не требуется для понимания и описания явлений микромира. В микромире, вообще всё по-другому устроено, и классический подход там ни к селу, ни к городу. Увы, обыватель, который задвигает про недооцененность эфирных моделей даже близко не представляет суть явления и ориентируется на обрывки критики квантовой механики начала прошлого века. С тех пор прошло более ста лет, и наши знания о квантовом мире сильно продвинулись вперед, при этом не опровергая предположения Борна, а наоборот, подтверждая и дополняя.
Несмотря на очевидное безумие, квантовая интерпретация поведения частицы в интерферометре объяснила множество вещей, которые до тех пор были вообще за гранью понимания. Человечество узнало, как на самом деле устроен атом, как происходят ядерные взаимодействия, почему и как работает химия и т. д. Увы, движок мироздания работает на вероятностях, и это твердый факт!
Давайте просто временно отложим в сторону книгу и погрустим на тему того, как же все сложно, черт побери, в этом мире.
Глава 12
Кот Шрёдингера и параллельные миры
Если подумать, то первым, кто запер
животных в коробке был Ной.
В предыдущей лекции мы узнали, что там, на расстояниях меньше микроскопических, происходит какая-то фигня. Материя перестает быть материей, она размазывается по пространству в суперпозиции своих состояний и летает повсюду в виде вероятностей, параметры которых напоминают волну. И всё это пресекается, когда такая волна сталкивается с препятствием, вносящее возмущение в систему, — это физики не очень умно назвали «наблюдением», дав зеленый свет «специалистам» по магии и высшим разумам, которые, видите ли, наблюдают нас, разрешая нам существовать.
Все это приводило в ужас тогдашних физиков старой школы. Во главе хейтеров квантмеха стоял Эйнштейн, который не только троллил молодых теоретиков, но собирал мемасики и демотиваторы, раздражающие Бора, Гейзенберга и других. Особенно нравилась Эйнштейну шутка своего дружбана Эрвина Шрёдингера. Хотя тот и написал формулу имени себя, показывающую как ведет себя квантовая система во времени и пространстве, но размышления о суперпозиции и ее разрушении через наблюдение ему чего-то не нравились. Не то, чтобы Шредингер был с этим не согласен, однако он призывал подумать, мол, нормальна ли такая ситуация, в которой частица пролетает через обе щели, а потом при «наблюдении» пролетает только через одну? Квантовая система должна быть более наглядной и понятной! — требовал он. Давайте шагнем чуть-чуть повыше уровня элементарных частиц и возьмем, например, радиоактивный распад атома. Это что же получается? Если мы не трогаем атом, так сказать, не наблюдаем, то он тоже находится в суперпозиции состояний? То есть одновременно распадается и не распадается, пока мы не это не проверим?
Но ладно атом, давайте рассуждать дальше, увлёкшись, острил Шрёдингер, а не приводит ли эта ваша суперпозиция к какой-нибудь дичи в макромире? К примеру, тот же радиоактивный атом — его можно использовать для связи с Большим Миром. Берем коробку, засовываем туда, скажем, кота и устройство, в котором используется тот самый радиоактивный атом в суперпозиции. Если атом не распадается, то ничего не происходит — кот сидит в коробке и обдумывает свое странное положение. А если атом распадается, радиоактивное излучение включает счетчик Гейгера, тот запускает механизм, выпускающий смертельное боевое вещество, запрещенное мировым сообществом — кот помирает. Глядя на такую коробку, каждому ежу понятно, что кот либо жив, либо мертв. Но это очевидно лишь в старой доброй классической картине мира. А с точки зрения квантовых законов мы принуждаем вселенную выбрать судьбу кота только посредством наблюдения — вмешательством в суперпозицию атома и кота. То есть кот становится живым или мертвым только тогда, когда мы открываем коробку. До этого же наш кот как будто бы находится в суперпозиции: он одновременно и жив имертв! Три раза ха-ха-ха!
Эйнштейн писал Шрёдингеру, мол, дорогой Эрвин, а ты, чертяка, хорош! — ловко ты проиллюстрировал противоречивость квантовой механики! Что ж это получается, — ухахатывался дедушка Альберт, — когда мы не смотрим на Луну, ее нет? Учитывая то, что в суровой реальности мы не наблюдаем котов, размазанных, в пространстве, то квантовая физика однозначно нуждается в уточнении.
В конечном итоге смешная шутка Шрёдингера привела к Самому Главному Вопросу квантмеха: как и когда происходит коллапс волновой функции? Бог с ней с суперпозицией, допустим, она существует, как минимум, в виде математической абстракции — нам бы для начала понять, как реализован выбор вариантов этой суперпозиции.