Читать книгу - "Почему наука не отрицает существование Бога? - Амир Ацель"

Слово «революция» – слишком мягкое выражение для описания возникновения квантовой теории, нового взгляда на природные процессы, протекающие в мире атомов и элементарных частиц. Квантовая теория была создана в 20-е годы прошлого века группой молодых физиков, главную роль в которой играли Эрвин Шредингер, Вернер Гейзенберг, Поль Дирак, Вольфганг Паули, Нильс Бор и Макс Борн.

Эти молодые революционеры перевернули физику с ног на голову: были поставлены под вопрос причинно-следственные связи, пространственное расположение частиц и одновременность. В мире квантов все происходит не так, как в привычном для нас мире. В 1935 году Эрвин Шредингер придумал знаменитый пример с котом, который может быть одновременно живым и мертвым, для того чтобы проиллюстрировать таинственный мир квантов и показать, что в квантовой механике существует понятие суперпозиции состояний частиц. Квантовые частицы могут одновременно находиться здесь и там, точно так же как гипотетический кот может быть одновременно живым и мертвым.

Мысленный эксперимент Шредингера заключался в том, что кота помещают в закрытый ящик. В ящике находится стеклянный флакон с синильной кислотой, соединенный с механизмом, который разбивает флакон, высвобождает пары синильной кислоты и убивает кота, если расщепляется атом радиоактивного вещества, небольшое количество которого тоже находится в ящике. Идея Шредингера заключалась в том, что расщепление атома является квантовым событием, то есть подчиняющимся законам квантовой механики. Радиоактивный атом находится в смешанном состоянии, и это состояние передается коту с помощью макроскопического механизма, соединенного с флаконом цианида, пары которого действуют на кота. Так как мы не знаем, расщепился атом или нет, кот, следовательно, находится в суперпозиции двух состояний: живом и мертвом – до тех пор, пока мы не откроем ящик и не свернем волновую функцию (одна из характеристик кванта – это волна; свертывание волновой функции превращает квантовую суперпозицию в определенное конечное состояние), и кот впадет в одно из двух состояний – живое или мертвое (рис. 8).

Рис. 8. Квантовое чудо – частица может находиться в суперпозиции двух состояний, как кот Шредингера, который может быть одновременно и живым, и мертвым

Помимо суперпозиции состояний, возможной благодаря волновой природе материи на микроскопическом уровне, существует множество других явлений, заставляющих квантовые частицы вести себя очень странно. Две или более частицы могут быть настолько глубоко связаны друг с другом, что ведут себя как одна частица, даже если находятся на расстоянии полутора километров друг от друга. Эта идея принадлежит Эйнштейну, использовавшему ее для нападок на квантовую теорию, которую он не любил, хотя сам явился одним из ее создателей, когда открыл фотоэлектрический эффект, показывающий, что свет ведет себя как поток частиц. (До этого свет считали волной; сегодня мы знаем, что свет одновременно проявляет и волновые, и корпускулярные свойства.)

В 1935 году Эйнштейн и двое его коллег предложили «парадокс» квантовой механики, названный по их именам (Эйнштейн, Подольский, Розен) парадоксом ЭПР. Эйнштейн пытался использовать ЭПР-парадокс для того, чтобы дискредитировать только что созданную квантовую теорию (в этом отношении он потерпел неудачу, поскольку квантовая теория сумела доказать свою состоятельность). Парадокс заключается в том, что если принять всерьез волновое строение материи, то частицы, взаимодействующие в прошлом, останутся связанными между собой, и если волновая функция, которая ими управляет, вдруг свернется (даже если в настоящий момент частицы находятся в разных местах), то подобным образом будут вынуждены поступить и другие частицы. Много лет никто из физиков не знал, как быть с головоломкой парадокса ЭПР: если частицы и в самом деле ведут себя именно так, то этот феномен может опрокинуть все наши представления о локальности – любой находящийся здесь объект может подвергнуться влиянию события, происшедшего на большом удалении от него.