Четыре факта о квантовой физике, о которых не рассказывают

Мы частенько говорим о квантовой физике, и многие из нас, если не все, в свое время напрягали мозги, силясь понять, что вообще происходит. Но что может быть еще более странным, чем эти странные и бесконечные интегралы вместе со сложнейшей математикой, которая развивалась десятилетиями?

Открытие уравнения Шредингера

Дифференциальное уравнение Шредингера хорошо известно молодым химикам и физикам всего мира. Вкратце, уравнение описало движение электронов вокруг ядра революционным образом и кардинально изменило взгляд научного сообщества на модель атома, а сам Шредингер удостоился Нобелевской премии за свое открытие.

Но история, стоящая за этим открытием, немного странная. На Рождество 1925 года Шредингер отправился в местечко под названием Ароза в небольшой отпуск. Его отношения с женой были на рекордно низком уровне, поэтому он решил пригласить старую подругу из Вены составить ему компанию. Также он взял с собой некоторые записи де Бройля. Когда он вернулся из отпуска 8 января 1926 года, то объявил об открытии волновой механики, теории, описывающей электрон как волну.

Когда его спросили, «как прошел ваш отпуск, профессор?», он ответил: «Меня отвлекали некоторые расчеты».

Оказывается, масса — совсем не то, что вы думали

Мы все думали, что масса — это количество вещества, которым обладает объект. Что ж, отчасти это правда. К сожалению, у механизма Хиггса другие мысли на этот счет. Он, на самом деле, переворачивает нашу логику. Механизм Хиггса интерпретирует массу частицы по тому, как сильно эта частица взаимодействует с определенным полем (полем Хиггса, конечно). Технически все в этом мире не имеет массы, пока не взаимодействует с этим странным полем. Именно по этой причине (а не по причине ее долгого отсутствия на мониторах), ученые называют бозон Хиггса «частицей бога».

Чтобы лучше объяснить эту теорию, Дэвид Миллер обратился к толпе политиков в очень простой аналогией:

«Представьте коктейльную вечеринку сотрудников политической партии, которые равномерно распределены по помещению и говорят с ближайшими коллегами. В комнату входит экс-премьер и движется по помещению. Все сотрудники рядом с ней притягиваются к ней и скапливаются вокруг нее. Поскольку вокруг нее всегда есть скопление людей, она набирает большую массу, чем обычно; то есть у нее больше импульса и та же скорость движения. Пока она движется, ей сложнее остановиться, а когда она остановилась, ей сложнее снова начать двигаться, поскольку нужно перезапускать процесс скопления. В трех измерениях, осложненных теорией относительности, это и есть механизм Хиггса».

Квантовая механика позволяет вам быть в двух местах одновременно

С одной оговоркой: если вы — квантовая частица. Принцип неопределенности Гейзенберга и двухщелевой эксперимент Юнга действительно предлагают нам представить новый мир; эти законы показали, что вместо того, чтобы пребывать в одном месте, что-то будет с определенной «вероятностью» находиться в известной (x, y, z) позиции. К сожалению, неопределенность в таких измерениях незначительно влияет на повседневные объекты, но когда дело доходит до электронов, например, ученые могут выделить области, в которых электроны могут быть обнаружены, но никак не указать точное положение электрона. Этот принцип также известен как квантовая суперпозиция.

Шредингер и его знаменитый кот

Эрвин Шредингер может быть известен среди квантовых химиков своим революционным уравнением, но его имя среди простых смертных чаще вызывает ассоциацию с котом. В ответ на так называемую проблему копенгагенской интерпретации квантовой механики, Шредингер пришел к странному, но весьма интересному мысленному эксперименту.

Он представил коробку, в которой находится живой кот, радиоактивный материал, молоток и едкая кислота. Если радиоактивный материал распадется, он приведет к тому, что молоток упадет на контейнер с кислотой и разобьет его, что, в свою очередь, приведет к смерти кота. Но Шредингер заявил, что шансы на распад радиоактивного материала спустя ровно час составляют 50%. Логично предположить, что через час кот будет либо жив, либо мертв, и мы не сможем определить это, пока не откроем ящик. Сам же Шредингер заключил, что согласно квантовой механике, кот одновременно жив и мертв до того момента, пока мы не откроем коробку и не узнаем его актуальное состояние.

Квантовая механика стала самой удивительной областью науки, которая буквально переворачивает наш взгляд на повседневные вещи. Хотя четыре примера выше кажутся интересными и понятными, одна маленькая цитата в исполнении Ричарда Фейнмана суммирует все, что нужно знать об этой науке: «Думаю, что могу смело сказать, что никто не понимает квантовую механику».