Квантовая физика понятная и детям

Еще подростком я был заинтригован “странностями” квантовой физики. И очень расстраивался, что никак не получается их как-то “объяснить”. Двойная природа “волна-частица”, влияние наблюдателя (частица ведет себя по-разному – в зависимости от того, как мы измеряем – как будто мы таким образом создаем ее свойства), туннельный эффект (когда сушествует вероятность, что частица сделает невозможное), кот Шредингера (и живой, и мертвый одновременно), связность частиц на любом расстоянии – мы не находим этому аналогов в нашей жизни и не можем этого “понять”.

Но квантовая физика хорошо описывает поведение микрообъектов и делает хорошо подтвержденные предсказания. Без этого очень многие устройства, к которым мы уже привыкли, не работали бы. Поэтому приходится как-то примиряться и привыкать к этим странностям. Ведь невозможно жить не разрешив хоть как-то эти противоречия.

Если вы думаете, что они не имеют к вам отношения, если вы ничего о них не слышали, вы ошибаетесь. Именно их неразрешенность (и честное “не знаем” со стороны ученых) порождает возможность существования мировоззрения основанного на вере (религиозной или научной). Без этого, главные споры и конфликты разрешались бы простым экспериментом.

Со временем я тоже выработал точку зрения, которая мне помогла с этим смириться. Я решил, что раз математика квантовой теории работает правильно, значит мы “понимаем“. Я нашел подтверждение этой позиции (или просто “слизал” ее) у великих мыслителей и даже спорил доказывая превосходство этой точки зрения (если помните, я писал об этом в этой статье).

И вдруг на этой неделе я наткнулся на эксперимент, который демонстрирует похожие эффекты в нашем – неквантовом – макромире. Вот статья, а тут видео. (Постановка этого эксперимента, впервые проведенного в 2010 году, принадлежит Yves Couder и его коллегам) Эксперимент этот показал, что маленькие капли масла (1 мм в диаметре) ведут себя так же, как квантовые частицы. Авторы создали (с помощью акустической вибрации) стоячие волны в резервуаре с силиконом.

Если на эту поверхность бросать эти капельки, то, хотя они и не касаются поверхности (из-за отделяющей их тонкой прослойкой воздуха), они толкают ее и сами отталкиваются от стояйчих волн. Если они попадают на скат волны, то, естественно, отпрыгивают в сторону и так постепено двигаются – скачками. На поверхности остаются небольшие круги от взаимодействия, и это тоже влияет на дальнейшее движение. То есть среда “запоминает” и “распространяет” историю взаимодействия.

Так возникает связанность разных капелек. И ведут они себя как квантовые частицы – то как мячики, то как волны – в зависимости от того, как мы делаем измерения. И туннельный эффект демонстрируют. И через двойную щель проходят так же, как фотоны и электроны. Ну, просто фантастика, которая хорошо объясняется классической механикой.

Самое интересное, что еще в 1924 году де Бройль создал теорию “пилотной волны”, хорошо описывавшую квантовые странности (кстати, именно на ее основе Шредингер разработал волновую механику). Но что такое эта пилотная волна? Заменили одну странность другой? Отцы-основатели кавнтовой физики убедили де Бройля, что он неправ, и он перестал этим заниматься. Бом в 1952 году пришел к этой же идее самостоятельно, но опять же теория это не нашла много сторонников. Только недавно к ней начали чаще обращаться. И вот этот эксперимент показал как может выглядеть пилотная волна.

Об окончательных выводах говорить еще рано. Нужно найти эту волну и среду для нее в микромире. Может быть это вакуум вибрирует. Мы ведь знаем, что он не пустой, все время “кипит” (из-за неопределенности Гейзенберга), создавая коротко живущие “виртуальные” частицы. И темная (неизмеряемая) материя существует (как гипотеза пока) и темная энергия (тоже гипотеза). Так что много чего еще может “нащупать” ускоритель в Берне, когда сможет гнать частицы с еще большей энергией.

Но как бы там ни было, квантовая теория для меня перестала быть странной, потому что мы видим такие же эффекты в нашем мире. Если бы мы проводили эксперименты с силиконом каждый день, мы бы никогда не считали квантовые эффекты странными.

Вот и все. Можно расслабиться и перестать умничать и не настаивать на своем понимании квантовых эффектов на основании одной только веры. Наука опять доперла до объяснения без всяких чудес. И слава богу!

Человек просил милостыню на одном и том же углу в течение многих лет. И один из более обеспеченных людей подавал ему одну и туже сумму каждое воскресенье по дороге в церковь. Однажды, однако, он подал меньше обычного.

– Почему так мало? – спросил просящий.

– Видите ли, я женился. У меня появились дополнительные расходы.

– Что же это? Я теперь должен содержать вашу семью?! – возмутился просящий.