Kvant fizikasi Shredingerning mushuki. Kvant Cheshire mushuki. Shredingerning mushuk paradoksiga yechim - Kopengagen talqini

Bu erda "Sharqiy tasavvuf", qoshiq egilish yoki ekstrasensor idrokni qidirmang. Haqiqiy hikoyani qidiring kvant mexanikasi, uning haqiqati har qanday fantastikadan ham hayratlanarli. Bu fan: unga boshqa falsafaning liboslari kerak emas, chunki uning o'zi go'zalliklar, sirlar va kutilmagan hodisalarga to'la. Ushbu kitob aniq savolga javob berishga harakat qiladi: "Haqiqat nima?" Va javob (yoki javoblar) sizni hayratda qoldirishi mumkin. Ishonmasligingiz mumkin. Ammo zamonaviy ilm-fan dunyoga qanday qarashini tushunasiz.

Sarlavhada ko'rsatilgan mushuk afsonaviy mavjudot, lekin Shredinger haqiqatan ham mavjud edi. Ervin Shredinger avstriyalik olim bo'lib, 1920-yillarning o'rtalarida fanning hozirgi deb ataladigan ma'lum bir sohasi tenglamalarini yaratishda katta rol o'ynagan. kvant mexanikasi. Biroq, kvant mexanikasini faqat fan sohasi deyish qiyin, chunki u hamma narsaning asosini tashkil qiladi zamonaviy fan. Uning tenglamalari juda kichik jismlarning xatti-harakatlarini tasvirlaydi - atomlarning o'lchamlari va undan kichikroq - va ifodalaydi yagona narsa eng kichik zarralar dunyosining tavsifi. Ushbu tenglamalarsiz fiziklar ishchilar dizaynini ishlab chiqa olmaydilar atom elektr stansiyalari(yoki bombalar), lazerlarni yarating yoki Quyoshning harorati qanday pasaymasligini tushuntiring. Kvant mexanikasisiz kimyo hali ham mavjud bo'lar edi Qorong'u asrlar va molekulyar biologiya umuman paydo bo'lmagan bo'lar edi: DNK haqida na bilim bo'lar edi, na genetik muhandislik- Hech narsa.

Kvant nazariyasi fanning eng katta yutug'i bo'lib, nisbiylik nazariyasiga qaraganda ancha muhimroq va to'g'ridan-to'g'ri amaliy ma'noda qo'llanilishi mumkin. Va shunga qaramay, u g'alati bashoratlarni aytadi. Kvant mexanikasi dunyosi haqiqatan ham shunchalik g'ayrioddiyki, hatto Albert Eynshteyn ham uni tushunarsiz deb topdi va Shredinger va uning hamkasblari tomonidan olingan nazariyaning barcha oqibatlarini qabul qilishdan bosh tortdi. Ko'pgina boshqa olimlar singari, Eynshteyn kvant mexanikasi tenglamalari tasodifan atom va atomlarning xatti-harakati uchun oqilona tushuntirish beradigan matematik hiyla-nayrang ekanligiga ishonish qulayroq deb qaror qildi. subatomik zarralar, lekin ular bizning kundalik voqelik tuyg'umiz bilan yaxshiroq bog'liq bo'lgan chuqurroq haqiqatni o'z ichiga oladi. Axir, kvant mexanikasi haqiqat yo'qligini ta'kidlaydi va biz ularni kuzatmaganimizda narsalarning xatti-harakati haqida hech narsa deya olmaymiz. Shredingerning afsonaviy mushuki kvant va oddiy olamlar o'rtasidagi farqlarni oydinlashtirish uchun mo'ljallangan edi.

Kvant mexanikasi olamida bizga oddiy dunyodan tanish bo'lgan fizika qonunlari ishlashni to'xtatadi. Buning o'rniga, voqealar ehtimollar bilan boshqariladi. Masalan, radioaktiv atom parchalanishi va, deylik, elektronni chiqarishi yoki bo'lmasligi mumkin. Siz radioaktiv moddalar to'plamining atomlaridan biri ma'lum bir daqiqada parchalanishi va agar u sodir bo'lsa, detektor bu parchalanishni qayd etishi to'g'risida ellik foizlik ehtimollik borligini tasavvur qilib, tajriba o'tkazishingiz mumkin. Shredinger ham topilmalardan xafa bo'ldi kvant nazariyasi, Eynshteyn kabi, bunday tajriba yopiq xonada yoki qutida tirik mushuk va bir shisha zahar bo'lgan joyda bo'lib o'tadi, agar chirish sodir bo'lsa, zahar solingan shisha sinadi va mushuk o'ladi, deb tasavvur qilish orqali o'zlarining bema'niligini ko'rsatishga harakat qildilar. . Oddiy dunyoda mushukning o'lim ehtimoli ellik foizni tashkil qiladi va qutiga qaramasdan, biz faqat bitta narsani ishonch bilan aytishimiz mumkin: ichidagi mushuk tirik yoki o'lik. Ammo bu erda kvant olamining g'aroyibligi o'zini namoyon qiladi. Nazariyaga ko'ra yo'q Radioaktiv modda va shuning uchun mushuk uchun mavjud bo'lgan ikkita imkoniyatdan, agar nima sodir bo'layotganini kuzatish bo'lmasa, u real ko'rinmaydi. Atom parchalanishi sodir bo'lmadi va sodir bo'lmadi, mushuk o'lmadi va o'lmadi, biz nima bo'lganini bilish uchun qutiga qaramagunimizcha. Kvant mexanikasining sof versiyasini qabul qiluvchi nazariyotchilar, kuzatuvchi qutiga nazar tashlab, vaziyat qanday bo'lganini ko'rmaguncha, mushuk qandaydir noaniq holatda, na tirik, na o'lik holda mavjud bo'lishini ta'kidlaydi. Kuzatish amalga oshirilmasa, hech narsa haqiqiy emas.

Bu g'oya Eynshteynga ham, boshqalarga ham nafratlangan. "Xudo zar o'ynamaydi", dedi u, dunyo kvant darajasidagi imkoniyatlarning mohiyatan tasodifiy "tanlash" natijalarining yig'indisi bilan belgilanadigan nazariyaga ishora qilib. Shredinger mushugi holatining haqiqiy emasligiga kelsak, Eynshteyn buni hisobga olmadi va narsalarning chinakam asosiy haqiqatini belgilaydigan chuqur "mexanizm" bo'lishi kerakligini aytdi. Ko'p yillar davomida u o'z ishida ushbu chuqur haqiqatni ko'rsatishga yordam beradigan eksperimentlarni ishlab chiqishga harakat qildi, ammo u buni amalga oshirish imkoniga ega bo'lgunga qadar vafot etdi. shunga o'xshash tajriba. Balki u o'zi yo'lga qo'ygan mulohazalar zanjirining natijasini ko'rgunga qadar umr ko'rmagani yaxshi bo'lgandir.

1982 yilning yozida Alen Aspe boshchiligidagi Parij-Sud universitetining bir guruh olimlari noreal kvant dunyosini belgilaydigan asosiy voqelikni ochib berishga mo‘ljallangan bir qator tajribalarni yakunladilar. Ushbu chuqur haqiqat - asosiy mexanizmga "yashirin parametrlar" nomi berildi. Tajribaning mohiyati manbadan qarama-qarshi yo‘nalishda uchayotgan ikki foton yoki yorug‘lik zarralarining harakatini kuzatishdan iborat edi. Tajriba o'ninchi bobda to'liq tasvirlangan, ammo umuman olganda uni haqiqatni tekshirish deb hisoblash mumkin. Xuddi shu manbadan ikkita foton qutblanish deb ataladigan xususiyatni o'lchaydigan ikkita detektor tomonidan aniqlanishi mumkin. Kvant nazariyasiga ko'ra, bu xususiyat o'lchanmaguncha mavjud bo'lmaydi. "Yashirin parametrlar" g'oyasiga ko'ra, har bir foton yaratilgan paytdan boshlab "haqiqiy" qutblanishga ega. Ikki foton bir vaqtning o'zida chiqarilganligi sababli, ularning qutblanish qiymatlari bir-biriga bog'liq, ammo haqiqatda o'lchanadigan bog'liqlik tabiati haqiqatning ikkita ko'rinishiga ko'ra farq qiladi.

Ushbu muhim tajribaning natijalari aniq. Yashirin parametrlar nazariyasi tomonidan bashorat qilingan bog'liqlik aniqlanmadi, ammo kvant mexanikasi tomonidan bashorat qilingan bog'liqlik aniqlandi. Bundan tashqari, kvant nazariyasi bashorat qilganidek, bitta fotonda o'tkazilgan o'lchovlar ikkinchi fotonning tabiatiga darhol ta'sir qildi. Ba'zi o'zaro ta'sir fotonlarni bir-biri bilan chambarchas bog'ladi, garchi ular tarqalib ketgan bo'lsa ham turli tomonlar yorug'lik tezligida va nisbiylik nazariyasi hech qanday signal yorug'likdan tezroq uzatilmasligini ta'kidlaydi. Tajribalar shuni isbotladiki, dunyoda chuqur haqiqat yo'q. Oddiy ma'noda "haqiqat" koinotni tashkil etuvchi asosiy zarralarning xatti-harakatlari haqida o'ylash uchun mos kelmaydi va bu zarralar bir vaqtning o'zida bir-biri bilan chambarchas bog'langan bo'lib, har biri dunyo bilan nima sodir bo'lishini biladi. boshqalar.

Shredingerning mushukini qidirish kvant haqiqatini qidirishdir. Ushbu qisqacha sharhdan ko'rinib turibdiki, bu qidiruv muvaffaqiyat bilan yakunlanmadi, chunki haqiqatning kvant olamida odatiy ma'noda so'z mavjud emas. Ammo hikoya shu bilan tugamaydi va Shredingerning mushukini qidirish bizni kvant mexanikasining umume'tirof etilgan talqinidan yuqori bo'lgan va shu bilan birga o'z ichiga olgan voqelikning yangi tushunchasiga olib kelishi mumkin. Biroq, qidiruv uzoq vaqt talab etadi va siz, ehtimol, Eynshteyndan ko'ra ko'proq qo'rqadigan olimdan boshlashingiz kerak, agar u hozir biz uni qiynagan savollarga bergan javoblarimizni bilish imkoniga ega bo'lsa. Uch asr oldin yorug'lik tabiatini o'rganar ekan, Isaak Nyuton, ehtimol, Shredingerning mushukiga olib boradigan yo'lga qadam qo'yganini bilmas edi.

Kvant nazariyasidan hayratga tushmagan har bir kishi buni tushunmagan.

Niels Bor 1885-1962

Isaak Nyuton fizikani ixtiro qildi va qolgan fanlar unga tayanadi. Nyuton, albatta, boshqalarning ishiga asos solgan bo'lsa-da, uch asr oldin uning uchta harakat qonuni va tortishish nazariyasini nashr etishi ilm-fanni oxir-oqibat kosmik tadqiqotlar, lazerlar, atom energiyasi, genetik muhandislik, kimyo tushunchasi va boshqa hamma narsa. Ikki asr davomida Nyuton fizikasi (hozirgi "klassik fizika" deb ataladi) fan olamida hukmronlik qildi. Inqilobiy yangi g'oyalar 20-asr fizikasini Nyutondan ancha oldinga olib chiqdi, ammo bu ikki asrlik ilmiy o'sishsiz bu g'oyalar hech qachon paydo bo'lmasligi mumkin edi. Bu kitob fan tarixi emas: u klassik g'oyalar haqida emas, balki yangi fizika - kvant haqida gapiradi. Biroq, Nyutonning uch yuz yil avvalgi ishida ham o'zgarish muqarrar ekanligining alomatlari allaqachon mavjud: ular sayyoralar harakati va ularning orbitalari haqidagi asarlarida emas, balki yorug'lik tabiatini o'rganishlarida mavjud.

“Kvant nazariyasidan hayratga tushmagan har bir kishi, buni tushunmaydi, - dedi Nils Bor, kvant nazariyasi asoschisi.
Klassik fizikaning asosi dunyoni aniq dasturlashdir, aks holda Laplas determinizmi, kvant mexanikasi paydo bo'lishi bilan uning o'rnini noaniqliklar va ehtimollik hodisalari dunyosiga bostirib kirish egalladi. Va bu erda fikrlash tajribalari nazariy fiziklar uchun foydali bo'ldi. Bular yangi g'oyalar sinovdan o'tgan tayanch toshlar edi.

"Shrodingerning mushuki" - bu fikrlash tajribasi, Ervin Shredinger tomonidan taklif qilingan, u bilan subatomik tizimlardan makroskopik tizimlarga o'tishda kvant mexanikasining to'liq emasligini ko'rsatmoqchi edi.

IN yopiq quti mushuk joylashtirilgan Qutida radioaktiv yadro va konteynerni o'z ichiga olgan mexanizm mavjud zaharli gaz. Yadroning 1 soat ichida parchalanish ehtimoli 1/2 ga teng. Agar yadro parchalanib ketsa, u mexanizmni ishga tushiradi, u gaz idishini ochadi va mushuk o'ladi. Kvant mexanikasiga ko'ra, agar yadro kuzatilmasa, uning holati ikki holatning superpozitsiyasi (aralashmasi) bilan tavsiflanadi - chirigan yadro va parchalanmagan yadro, shuning uchun qutida o'tirgan mushuk ham tirik, ham o'likdir. xuddi o'sha payt. Agar quti ochilsa, eksperimentator faqat bitta aniq holatni ko'rishi mumkin - "yadro chirigan, mushuk o'lgan" yoki "yadro parchalanmagan, mushuk tirik".

Tizim qachon o'z faoliyatini to'xtatadi? Qanday qilib ikkita holatni aralashtirib, bittasini tanlash mumkin?

Tajribaning maqsadi- kvant mexanikasi to'liq emasligini ko'rsatuvchi ba'zi qoidalarsiz to'lqin funksiyasi qanday sharoitda qulashi (o'lchanganida sodir bo'ladigan ob'ektning kvant holatining bir zumda o'zgarishi) va mushuk yo o'lib qoladi yoki tirik qoladi, lekin bo'lishni to'xtatadi. ikkalasining aralashmasi.

Mushuk tirik yoki o'lik bo'lishi kerakligi aniq bo'lgani uchun (hayot va o'lim o'rtasida oraliq holat yo'q), demak, bu atom yadrosiga ham tegishli. U, albatta, chirigan yoki chirimagan bo'ladi.

Shredingerning mushuk bilan fikrlash tajribasini taqdim etgan "Kvant mexanikasidagi hozirgi holat" maqolasi 1935 yilda Germaniyaning Natural Sciences jurnalida EPR paradoksini muhokama qilish uchun paydo bo'ldi.

Eynshteyn-Podolskiy-Rozen va Shredingerning maqolalari "g'alati tabiatini ko'rsatdi" kvant chigalligi"(bu atama Shredinger tomonidan kiritilgan), kvant holatlariga xos bo'lib, bu ikki tizim (masalan, ikkita subatomik zarralar) holatlarining superpozitsiyasidir.

Kvant mexanikasining talqinlari

Kvant mexanikasi mavjud bo'lgan davrda olimlar uning turli talqinlarini ilgari surdilar, ammo bugungi kunda eng ko'p qo'llab-quvvatlanadigan "Kopengagen" va "ko'p dunyo".

"Kopengagen talqini"- kvant mexanikasining bunday talqini Niels Bor va Verner Heisenberg tomonidan Kopengagendagi (1927) birgalikdagi ishlari davomida ishlab chiqilgan. Olimlar kvant mexanikasiga xos bo'lgan to'lqin-zarracha ikkiligidan kelib chiqadigan savollarga, xususan, o'lchov masalasiga javob berishga harakat qilishdi.

Kopengagen talqinida tizim davlatlar aralashmasi bo'lishni to'xtatadi va kuzatish sodir bo'lgan paytda ulardan birini tanlaydi. Mushuk bilan olib borilgan tajriba shuni ko'rsatadiki, bu talqinda aynan shu kuzatishning tabiati - o'lchov etarli darajada aniqlanmagan. Ba'zilarning fikricha, tajriba shuni ko'rsatadiki, agar quti yopiq bo'lsa, tizim bir vaqtning o'zida ikkala holatda ham, "chirigan yadro, o'lik mushuk" va "chirilmagan yadro, tirik mushuk" holatlarining superpozitsiyasida va quti ochilganda. , shundan keyingina to'lqin funksiyasi variantlardan biriga tushadi. Boshqalar esa, "kuzatish" yadrodan zarracha detektorga urilganda sodir bo'ladi, deb taxmin qiladilar; ammo (va bu asosiy nuqta fikr tajribasi) Kopengagen talqinida bu qachon sodir bo'lishini aytadigan aniq qoida yo'q va shuning uchun unga bunday qoida kiritilmaguncha yoki uni qanday kiritish mumkinligi aytilmaguncha bu talqin to'liq emas. Aniq qoida shundaki, tasodifiylik klassik yaqinlashish birinchi marta qo'llaniladigan nuqtada paydo bo'ladi.

Shunday qilib, biz quyidagi yondashuvga tayanishimiz mumkin: makroskopik tizimlarda biz kvant hodisalarini kuzatmaymiz (o'ta suyuqlik va o'ta o'tkazuvchanlik fenomenidan tashqari); shuning uchun, agar biz makroskopik bo'lsak to'lqin funktsiyasi kvant holatiga kelsak, tajribamizdan superpozitsiya yo'q qilingan degan xulosaga kelishimiz kerak. Va umuman olganda, biror narsaning "makroskopik" bo'lishi nimani anglatishini to'liq tushunib bo'lmasa-da, mushuk haqida aniq narsa shundaki, u makroskopik ob'ektdir. Shunday qilib, Kopengagen talqini mushukning quti ochilgunga qadar tirik va o'lik o'rtasidagi chalkashlik holatida ekanligini hisobga olmaydi.

"Ko'p dunyo talqinida" o'lchov jarayonini alohida narsa deb hisoblamaydigan kvant mexanikasi, mushukning ikkala holati ham mavjud, lekin dekohere, ya'ni. kvant mexanik tizim bilan o'zaro ta'sir qiladigan jarayon sodir bo'ladi muhit va atrof-muhitda mavjud bo'lgan ma'lumotlarni oladi yoki boshqa yo'l bilan atrof-muhit bilan "chulpa" bo'ladi. Kuzatuvchi esa qutichani ochgach, u mushuk bilan chigallashib qoladi va bundan tirik va o'lik mushukga mos keladigan kuzatuvchining ikki holati hosil bo'ladi va bu holatlar bir-biri bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Kvant dekogerentsiyasining bir xil mexanizmi "qo'shma" tarixlar uchun ham muhimdir. Ushbu talqinda "umumiy hikoyada" faqat "o'lik mushuk" yoki "tirik mushuk" bo'lishi mumkin.

Boshqacha qilib aytganda, quti ochilganda, koinot ikki xil olamga bo'linadi, birida kuzatuvchi o'lik mushuk bilan qutiga, ikkinchisida kuzatuvchi tirik mushukga qaraydi.

"Vignerning do'sti" paradoksi

Vignerning do'sti paradoksi - Shredingerning mushuk paradoksining murakkab tajribasi. Nobel mukofoti laureati, Amerikalik fizik Eugene Wigner "do'stlar" toifasini kiritdi. Tajribani tugatgandan so'ng, eksperimentator qutini ochadi va tirik mushukni ko'radi. Qutini ochish paytidagi mushukning holati "yadro buzilmagan, mushuk tirik" holatiga o'tadi. Shunday qilib, laboratoriyada mushuk tirik deb tan olindi. Laboratoriyadan tashqarida "do'st" bor. Do'st mushukning tirik yoki o'likligini hali bilmaydi. Do'st mushukni tirik deb biladi, agar tajriba o'tkazuvchi unga tajriba natijasini aytsagina. Ammo boshqa barcha "do'stlar" hali mushukni tirik deb tan olishmagan va ular buni faqat tajriba natijasi aytilganda taniydilar. Shunday qilib, mushuk koinotdagi barcha odamlar tajriba natijasini bilsagina, to'liq tirik deb tan olinishi mumkin. O'lchov bo'yicha bu nuqtaga qadar Katta olam mushuk bir vaqtning o'zida yarim tirik va yarim o'lik bo'lib qoladi.

Yuqoridagilar amalda qo'llaniladi: kvant hisoblashda va in kvant kriptografiyasi. Ikki holatning superpozitsiyasidagi yorug'lik signali optik tolali kabel orqali yuboriladi. Agar tajovuzkorlar o'rtadagi biror joyda kabelga ulansa va uzatilgan ma'lumotni tinglash uchun u erga signal teginsa, bu to'lqin funktsiyasini buzadi (Kopengagen talqini nuqtai nazaridan, kuzatuv amalga oshiriladi) va yorug'lik shtatlardan biriga tushadi. Kabelning qabul qiluvchi uchida yorug'likning statistik sinovlarini o'tkazish orqali yorug'lik holatlarning superpozitsiyasida yoki allaqachon kuzatilgan va boshqa nuqtaga uzatilganligini aniqlash mumkin bo'ladi. Bu aniqlanmaydigan signalni ushlab turish va tinglashni istisno qiladigan aloqa vositalarini yaratishga imkon beradi.

Tajriba (uni printsipial jihatdan amalga oshirish mumkin, garchi katta hajmdagi ma'lumotlarni uzatishga qodir ishlaydigan kvant kriptografiya tizimlari hali yaratilmagan bo'lsa ham) Kopengagen talqinidagi "kuzatish" kuzatuvchining ongiga hech qanday aloqasi yo'qligini ko'rsatadi. ichida Ushbu holatda Telning butunlay jonsiz filiali kabelning oxirida statistik ma'lumotlarning o'zgarishiga olib keladi.

Kvant hisoblashda esa Shredinger mushuk holati qubitlarning maxsus chigal holatidir, unda ularning barchasi barcha nollar yoki birliklar superpozitsiyasida joylashgan.

("Qubit" kvant kompyuterida axborotni saqlash uchun eng kichik element hisoblanadi. U ikkita xos holatni qabul qiladi, lekin u ularning superpozitsiyasida ham bo'lishi mumkin. Qubit holati o'lchanganda, u tasodifiy ravishda o'z holatlaridan biriga o'tadi.)

Haqiqatda! "Shrodinger mushuki" ning kichik ukasi

Shredingerning mushugi paydo bo'lganiga 75 yil bo'ldi, lekin baribir kvant fizikasining ba'zi oqibatlari materiya va uning xususiyatlari haqidagi kundalik g'oyalarimizga zid bo'lib ko'rinadi. Kvant mexanikasi qonunlariga ko'ra, u tirik va o'lik bo'lgan "mushuk" holatini yaratish mumkin bo'lishi kerak, ya'ni. ikki holatning kvant superpozitsiyasi holatida bo'ladi. Biroq, amalda bundaylarning kvant superpozitsiyasini yaratish katta miqdor atomlarga hali erishilmagan. Qiyinchilik shundaki, superpozitsiyada qancha atomlar bo'lsa, bu holat shunchalik barqaror emas, chunki tashqi ta'sirlar uni yo'q qilishga moyildir.

Vena universiteti fiziklariga (jurnalda nashr etilgan Tabiat bilan aloqa", 2011) dunyoda birinchi marta 430 atomdan iborat va kvant superpozitsiyasi holatida bo'lgan organik molekulaning kvant xatti-harakatlarini namoyish qilish mumkin bo'ldi. Tajribachilar tomonidan olingan molekula ko'proq sakkizoyoqqa o'xshaydi. Molekulalarning o'lchami taxminan 60 angstromni tashkil qiladi va molekula uchun de Broyl to'lqin uzunligi atigi 1 pikometr edi. Ushbu "molekulyar sakkizoyoq" Shredingerning mushukiga xos xususiyatlarni namoyish eta oldi.

Kvant o'z joniga qasd qilish

Kvant o'z joniga qasd qilish - bu G. Moravek va B. Marshall tomonidan mustaqil ravishda taklif qilingan va 1998 yilda kosmolog Maks Tegmark tomonidan kengaytirilgan kvant mexanikasidagi fikrlash tajribasi. Shredingerning mushuk fikrlash tajribasining modifikatsiyasi bo'lgan ushbu fikrlash tajribasi kvant mexanikasining ikkita talqini: Kopengagen talqini va Everettning ko'p dunyo talqini o'rtasidagi farqni aniq ko'rsatadi.

Tajriba, aslida, mushuk nuqtai nazaridan Shredingerning mushuki bilan tajribadir.

Taklif etilayotgan tajribada ishtirokchiga to'pponcha yo'naltiriladi, u ba'zi radioaktiv atomlarning parchalanishiga qarab o't ochadi yoki o'tmaydi. Qurolning o'chib ketishi va ishtirokchining o'lishi ehtimoli 50%. Agar Kopengagen talqini to'g'ri bo'lsa, unda qurol oxir-oqibat o'chadi va ishtirokchi o'ladi.
Agar Everettning ko'p dunyo talqini to'g'ri bo'lsa, unda har bir o'tkazilgan tajriba natijasida koinot ikki olamga bo'linadi, ularning birida ishtirokchi tirik qoladi, ikkinchisida esa o'ladi. Ishtirokchi vafot etgan dunyolarda u mavjud bo'lishni to'xtatadi. Aksincha, o'lik bo'lmagan ishtirokchi nuqtai nazaridan, tajriba ishtirokchining yo'qolishiga olib kelmasdan davom etadi. Buning sababi shundaki, har qanday filialda ishtirokchi tajriba natijasini faqat o'zi omon qolgan dunyoda kuzatishi mumkin. Va agar ko'p olamlarning talqini to'g'ri bo'lsa, unda ishtirokchi eksperiment davomida hech qachon o'lmasligini sezishi mumkin.

Ishtirokchi hech qachon bu natijalar haqida gapira olmaydi, chunki tashqi kuzatuvchi nuqtai nazaridan, tajriba natijasi ehtimoli ko'p dunyoda ham, Kopengagen talqinida ham bir xil bo'ladi.

Kvant boqiyligi

Kvant boqiyligi - bu o'z joniga qasd qilish haqidagi kvant tajribasidan kelib chiqadigan fikrlash tajribasi va kvant mexanikasining ko'p dunyo talqiniga ko'ra, o'z-o'zini anglash qobiliyatiga ega mavjudotlar o'lmas ekanligini ta'kidlaydi.

Tasavvur qilaylik, tajriba ishtirokchisi uning yonida yadro bombasini portlatib yuboradi. Deyarli barcha parallel olamlarda yadro portlashi ishtirokchini yo'q qiladi. Ammo shunga qaramay, ishtirokchi qandaydir tarzda omon qoladigan oz sonli muqobil olamlar bo'lishi kerak (ya'ni, potentsial qutqarish stsenariysi mumkin bo'lgan olamlar). Kvant o'lmasligi g'oyasi shundan iboratki, ishtirokchi tirik qoladi va shu bilan hech bo'lmaganda to'plamdagi koinotlardan birida atrofdagi haqiqatni idrok eta oladi, garchi bunday olamlarning soni koinotlarning soniga nisbatan juda oz bo'lsa ham. barcha mumkin bo'lgan olamlar. Shunday qilib, vaqt o'tishi bilan ishtirokchi abadiy yashashi mumkinligini bilib oladi. Ushbu xulosaga ba'zi o'xshashliklarni antropik printsip tushunchasida topish mumkin.

Yana bir misol kvant o'z joniga qasd qilish g'oyasidan kelib chiqadi. Ushbu fikrlash tajribasida ishtirokchi o'ziga qurol ko'rsatadi, u ba'zi radioaktiv atomlarning parchalanishining natijasiga qarab o'q uzishi yoki o'tmasligi mumkin. Qurolning o'chib ketishi va ishtirokchining o'lishi ehtimoli 50%. Agar Kopengagen talqini to'g'ri bo'lsa, unda qurol oxir-oqibat o'chadi va ishtirokchi o'ladi.

Agar Everettning ko'p dunyo talqini to'g'ri bo'lsa, unda har bir o'tkazilgan tajriba natijasida koinot ikki olamga bo'linadi, ularning birida ishtirokchi tirik qoladi, ikkinchisida esa o'ladi. Ishtirokchi vafot etgan dunyolarda u mavjud bo'lishni to'xtatadi. Bundan farqli o'laroq, o'lmagan ishtirokchi nuqtai nazaridan, tajriba ishtirokchining yo'qolishiga olib kelmasdan davom etadi, chunki har bir koinot bo'linishidan so'ng, u o'zini faqat tirik qolgan olamlarda bilishi mumkin bo'ladi. Shunday qilib, agar Everettning ko'p dunyo talqini to'g'ri bo'lsa, unda ishtirokchi eksperimentda u hech qachon o'lmasligini payqashi va shu bilan hech bo'lmaganda o'z nuqtai nazaridan uning o'lmasligini "isbotlashi" mumkin.

Kvant boqiyligi tarafdorlari bu nazariya hech kimga zid emasligini ta'kidlamoqda ma'lum qonunlar fiziklar (bu pozitsiya bir ovozdan qabul qilinmagan ilmiy dunyo). O'z mulohazalarida ular quyidagi ikkita munozarali farazlarga tayanadilar:
- Kopengagen talqini emas, Everettning ko'p dunyo talqini to'g'ri, chunki ikkinchisi mavjudlikni inkor etadi. parallel olamlar;
- eksperiment davomida ishtirokchi o'lishi mumkin bo'lgan barcha mumkin bo'lgan stsenariylar ishtirokchi tirik qoladigan stsenariylarning kamida kichik qismini o'z ichiga oladi.

Kvant boqiylik nazariyasiga qarshi mumkin bo'lgan dalil shundan iboratki, ikkinchi taxmin Everettning ko'p dunyo talqinidan kelib chiqishi shart emas va u barcha mumkin bo'lgan haqiqatlarga tegishli deb hisoblangan fizika qonunlariga zid bo'lishi mumkin. Kvant fizikasining ko'p dunyo talqini "hamma narsa mumkin" degan ma'noni anglatmaydi. Bu faqat ma'lum bir vaqtning o'zida koinotni boshqa bir qatorga bo'linishi mumkinligini ko'rsatadi, ularning har biri ko'plab mumkin bo'lgan natijalardan biriga mos keladi. Misol uchun, termodinamikaning ikkinchi qonuni barcha mumkin bo'lgan olamlarga tegishli deb hisoblanadi. Bu shuni anglatadiki, nazariy jihatdan, ushbu qonunning mavjudligi parallel olamlarning shakllanishiga to'sqinlik qiladi, bu erda u buziladi. Buning oqibati, eksperimentator nuqtai nazaridan, uning keyingi omon qolishi imkonsiz bo'lgan voqelik holatiga erishish bo'lishi mumkin, chunki bu fizika qonunini buzishni talab qiladi, bu ilgari aytilgan taxminga ko'ra. , barcha mumkin bo'lgan haqiqatlar uchun amal qiladi.

Masalan, portlashda yadroviy bomba Yuqorida tavsiflangan, ishtirokchi omon qoladigan asosiy biologik tamoyillarni buzmaydigan ishonchli stsenariyni tasvirlash juda qiyin. Tirik hujayralar markazda erishilgan haroratlarda mavjud bo'lolmaydi yadroviy portlash. Kvant boqiylik nazariyasi o'z kuchini saqlab qolishi uchun yo noto'g'ri yonish sodir bo'lishi (va shu bilan yadro portlashining oldini olish) yoki fizikaning hali ochilmagan yoki isbotlanmagan qonunlariga asoslangan biron bir hodisa sodir bo'lishi kerak. Muhokama qilinayotgan nazariyaga qarshi yana bir dalil barcha mavjudotlarda tabiiy biologik o'limning mavjudligi bo'lishi mumkin, uni parallel olamlarning birortasida ham (hech bo'lmaganda) oldini olish mumkin emas. bu bosqichda fanning rivojlanishi)

Boshqa tomondan, termodinamikaning ikkinchi qonuni statistik qonun bo'lib, tebranishlarning paydo bo'lishi hech narsaga zid kelmaydi (masalan, koinotda kuzatuvchining hayoti uchun mos sharoitlar mavjud bo'lgan hududning paydo bo'lishi, bu odatda bir darajaga etgan. termal o'lim holati yoki, qoida tariqasida, yadro portlashi natijasida yuzaga keladigan barcha zarralarning mumkin bo'lgan harakati, ularning har biri kuzatuvchining yonidan uchib o'tadi), garchi bunday tebranish hammasining juda kichik qismida sodir bo'ladi; mumkin bo'lgan natijalar. Biologik o'limning muqarrarligi haqidagi argument, ehtimollik nuqtai nazaridan ham rad etilishi mumkin. Har bir tirik organizm uchun hozirgi paytda vaqt uning keyingi soniya davomida tirik qolishi nolga teng bo'lmagan ehtimoli bor. Shunday qilib, uning keyingi milliard yil davomida tirik qolish ehtimoli ham nolga teng emas (chunki bu mahsulot katta raqam nolga teng bo'lmagan omillar), juda kichik bo'lsa-da.

Kvant boqiyligi g'oyasining muammoli tomoni shundaki, unga ko'ra, o'z-o'zini anglaydigan mavjudot ishtirokchi o'lib ko'ringan vaziyatlarda yuzaga kelishi mumkin bo'lmagan hodisalarni boshdan kechirishga "majbur bo'ladi". Garchi ko'plab parallel olamlarda ishtirokchi vafot etsa ham, ishtirokchi sub'ektiv ravishda idrok eta oladigan bir nechta olamlar juda qiyin stsenariyda rivojlanadi. Bu, o'z navbatida, qaysidir ma'noda sababiylik printsipining buzilishiga olib kelishi mumkin, uning tabiati kvant fizikasida hali etarlicha aniq emas.

Kvant boqiyligi g'oyasi asosan "kvant o'z joniga qasd qilish" tajribasidan kelib chiqqan bo'lsa-da, Tegmark ta'kidlaydiki, har qanday normal sharoitda, o'limdan oldin har bir fikrlovchi mavjudot o'z-o'zini anglash darajasining pasayish bosqichidan (bir necha soniyadan bir necha yilgacha) o'tadi. kvant mexanikasi bilan hech qanday aloqasi bo'lmagan xabardorlik va ishtirokchi bir dunyodan ikkinchisiga o'tish orqali davom etish imkoniyatiga ega emas, bu esa unga omon qolish imkoniyatini beradi.

Bu erda o'z-o'zini anglaydigan aqlli kuzatuvchi faqat nisbatan oz miqdordagi mumkin bo'lgan holatlardagina o'zini o'zi anglashda davom etadi. sog'lom tana" Kuzatuvchi ongini saqlab qolgan holda, nogiron bo'lib qolishi ehtimoli, u zarar ko'rmagandan ko'ra ancha yuqori. Har qanday tizim (jumladan, tirik organizm) juda ko'p narsaga ega ko'proq imkoniyatlar qolishdan ko'ra noto'g'ri ishlaydi mukammal shakl. Boltsmanning ergodik gipotezasi o'lmas kuzatuvchi ertami-kechmi ongni saqlashga mos keladigan barcha holatlardan, shu jumladan u chidab bo'lmas azob-uqubatlarni his qiladigan holatlardan o'tishini talab qiladi - va organizmning optimal ishlashi holatlariga qaraganda, bunday holatlar sezilarli darajada ko'p bo'ladi. Shunday qilib, faylasuf Devid Lyuis ta'kidlaganidek, biz ko'p dunyo talqini noto'g'ri deb umid qilishimiz kerak.

O'ziga xos "ikkilamchi" sifat bor edi. Uning o'zi kamdan-kam hollarda muayyan ishlar bilan shug'ullangan ilmiy muammo. Uning sevimli janri boshqa birovning ishiga javob edi ilmiy tadqiqot, bu asarning rivojlanishi yoki uning tanqidi. Shredingerning o'zi tabiatan individualist bo'lishiga qaramay, u har doim birovning fikriga, yordamiga muhtoj edi. keyingi ish. Bunday o'ziga xos yondashuvga qaramay, Shredinger ko'plab kashfiyotlar qilishga muvaffaq bo'ldi.

Biografik ma'lumotlar

Shredinger nazariyasi endi nafaqat fizika va matematika bo'limlari talabalariga ma'lum. Ommaviy fanga qiziqqan har bir kishi uchun qiziqarli bo'ladi. Bu nazariya kvant mexanikasini yaratuvchilardan biri sifatida tarixga kirgan mashhur fizik E.Shredinger tomonidan yaratilgan. Olim 1887 yil 12 avgustda moyli mato fabrikasi egasi oilasida tug'ilgan. O'zining topishmoqlari bilan butun dunyoga mashhur bo'lajak olim bolaligidan botanika va rasm chizishni yaxshi ko'rardi. Uning birinchi ustozi otasi edi. 1906 yilda Shredinger Vena universitetida o'qishni boshladi va shu vaqt ichida fizikaga qoyil qola boshladi. Birinchi kelganda jahon urushi, olim artilleriyachi bo'lib xizmat qilish uchun ketdi. Bo'sh vaqtlarida u Albert Eynshteynning nazariyalarini o'rgandi.

1927 yil boshlariga kelib fanda keskin vaziyat yuzaga keldi. E. Shredinger kvant jarayonlari nazariyasining asosini to‘lqin uzluksizligi g‘oyasi tashkil etishi kerak, deb hisoblagan. Heisenberg, aksincha, bu bilim sohasining asosi to'lqinlarning diskretligi tushunchasi, shuningdek, kvant sakrashlari g'oyasi bo'lishi kerak deb hisoblardi. Nils Bor ikkala pozitsiyani ham qabul qilmadi.

Fandagi yutuqlar

1933 yilda Shredinger to'lqin mexanikasi kontseptsiyasini yaratgani uchun oldi Nobel mukofoti. Biroq klassik fizika anʼanalarida tarbiyalangan olim boshqa toifalarda fikrlay olmadi va kvant mexanikasini bilimning toʻlaqonli tarmogʻi deb hisoblamadi. U zarralarning ikkitomonlama xatti-harakatidan qoniqish hosil qila olmadi va uni faqat to'lqin harakati uchun kamaytirishga harakat qildi. Shredinger N. Bor bilan suhbatida buni shunday ta'kidladi: "Agar biz fandagi kvant sakrashlarini saqlab qolishni rejalashtirgan bo'lsak, men hayotimni atom fizikasi bilan bog'laganimdan afsusdaman".

Tadqiqotchining keyingi ishi

Bundan tashqari, Shredinger nafaqat zamonaviy kvant mexanikasini yaratuvchilardan biri edi. Aynan u "tavsifning ob'ektivligi" atamasini ilmiy foydalanishga kiritgan olim edi. Bu imkoniyat ilmiy nazariyalar voqelikni kuzatuvchi ishtirokisiz tasvirlash. Keyingi tadqiqotlari nisbiylik nazariyasi, termodinamik jarayonlar va chiziqli boʻlmagan Born elektrodinamikasiga bagʻishlangan. Olimlar ham yaratishga bir necha bor urinishgan yagona nazariya dalalar. Bundan tashqari, E. Shredinger olti tilda gapirgan.

Eng mashhur topishmoq

O'sha mushuk paydo bo'lgan Shredinger nazariyasi olimning kvant nazariyasini tanqid qilishidan kelib chiqqan. Uning asosiy postulatlaridan biri shuni ko'rsatadiki, tizim kuzatilmayapti, lekin u superpozitsiya holatida. Ya'ni, bir-birining mavjudligini istisno qiladigan ikki yoki undan ortiq shtatlarda. Fanda superpozitsiya holati quyidagi ta'rifga ega: bu elektron, foton yoki, masalan, atom yadrosi bo'lishi mumkin bo'lgan kvantning bir vaqtning o'zida ikkita holatda yoki hatto ikkita nuqtada bo'lish qobiliyatidir. uni hech kim kuzatmayotgan bir paytda kosmosda.

Turli olamlardagi ob'ektlar

Oddiy odam uchun bunday ta'rifni tushunish juda qiyin. Axir, har bir ob'ekt moddiy dunyo kosmosning bir nuqtasida yoki boshqa nuqtada bo'lishi mumkin. Bu hodisani quyidagicha tasvirlash mumkin. Kuzatuvchi ikkita quti olib, ulardan biriga tennis to'pini qo'yadi. Bir qutida, ikkinchisida emasligi aniq bo'ladi. Ammo agar siz elektronni idishlardan biriga qo'ysangiz, unda quyidagi gap to'g'ri bo'ladi: bu zarra qanchalik paradoksal ko'rinmasin, bir vaqtning o'zida ikkita qutida. Xuddi shu tarzda, atomdagi elektron u yoki bu vaqtda qat'iy belgilangan nuqtada joylashmaydi. U bir vaqtning o'zida orbitaning barcha nuqtalarida joylashgan yadro atrofida aylanadi. Fanda bu hodisa "elektron buluti" deb ataladi.

Olim nimani isbotlamoqchi edi?

Shunday qilib, kichik va katta ob'ektlarning xatti-harakatlari to'liq amalga oshiriladi turli qoidalar. Kvant dunyosida ba'zi qonunlar mavjud, so'l dunyoda esa - butunlay boshqacha. Biroq, odamlarga tanish bo'lgan moddiy ob'ektlar dunyosidan mikrodunyoga o'tishni tushuntiradigan tushuncha yo'q. Shredinger nazariyasi fizika sohasidagi tadqiqotlarning etarli emasligini ko'rsatish uchun yaratilgan. Olim kichik ob'ektlarni tasvirlashdan iborat bo'lgan fan borligini va o'rganadigan bilim sohasi mavjudligini ko'rsatmoqchi edi. oddiy narsalar. Olimning mehnati tufayli fizika ikki sohaga bo'lingan: kvant va klassik.

Shredinger nazariyasi: tavsif

Olim 1935 yilda o'zining mashhur fikrlash tajribasini tasvirlab berdi. Uni amalga oshirishda Shredinger superpozitsiya tamoyiliga tayangan. Shredinger ta'kidlaganidek, biz fotonni kuzatmagunimizcha, u zarracha yoki to'lqin bo'lishi mumkin; ham qizil, ham yashil; ham dumaloq, ham kvadrat. To'g'ridan-to'g'ri kvant dualizmi kontseptsiyasidan kelib chiqadigan bu noaniqlik printsipi Shredinger tomonidan o'zining mushuk haqidagi mashhur topishmog'ida ishlatilgan. Qisqacha eksperimentning ma'nosi quyidagicha:

• Mushuk yopiq qutiga, shuningdek, gidrosiyan kislotasi va radioaktiv moddani o'z ichiga olgan idishga joylashtiriladi.
• Yadro bir soat ichida parchalanishi mumkin. Buning ehtimoli 50% ni tashkil qiladi.
• Agar atom yadrosi yemirilsa, u Geiger hisoblagichi tomonidan qayd etiladi. Mexanizm ishlaydi va zahar qutisi buziladi. Mushuk o'ladi.
• Agar parchalanish sodir bo'lmasa, Shredingerning mushuki tirik bo'ladi.

Ushbu nazariyaga ko'ra, mushuk kuzatilmaguncha, u bir vaqtning o'zida ikkita holatda (o'lik va tirik), xuddi atom yadrosi kabi (parchalangan yoki parchalanmagan). Albatta, bu faqat kvant olami qonunlariga ko'ra mumkin. Makrokosmosda mushuk bir vaqtning o'zida ham tirik, ham o'lik bo'lishi mumkin emas.

Kuzatuvchining paradoksi

Shredinger nazariyasining mohiyatini tushunish uchun kuzatuvchining paradoksini ham tushunish kerak. Uning ma'nosi shundaki, mikrodunyo ob'ektlari bir vaqtning o'zida ikkita holatda bo'lishi mumkin, faqat ular kuzatilmaganda. Masalan, fanda "2 tirqish va kuzatuvchi bilan tajriba" deb ataladigan narsa ma'lum. Olimlar elektronlar nurini ikkita vertikal tirqish qilingan shaffof bo'lmagan plastinkaga yo'naltirdilar. Plitaning orqasidagi ekranda elektronlar to'lqin naqshini bo'yadi. Boshqacha qilib aytganda, ular qora va oq chiziqlar qoldirgan. Tadqiqotchilar elektronlar tirqishlardan qanday uchib o‘tishini kuzatmoqchi bo‘lganlarida, zarralar ekranda faqat ikkita vertikal chiziqni ko‘rsatdi. Ular o'zlarini to'lqinlar kabi emas, balki zarralar kabi tutdilar.

Kopengagen tushuntirish

Shredinger nazariyasining zamonaviy izohi Kopengagen nazariyasi deb ataladi. Kuzatuvchining paradoksiga asoslanib, u shunday eshitiladi: tizimdagi atom yadrosini hech kim kuzatmas ekan, u bir vaqtning o'zida ikki holatda - chirigan va parchalanmagan. Biroq, mushuk bir vaqtning o'zida tirik va o'lik degan bayonot juda noto'g'ri. Axir, makrokosmosda hech qachon mikrokosmosdagi kabi hodisalar kuzatilmaydi.

Shuning uchun biz "mushuk-yadro" tizimi haqida emas, balki Geiger hisoblagichi va atom yadrosi o'zaro bog'liqligi haqida gapiramiz. Yadro o'lchovlar amalga oshirilayotgan paytda u yoki bu holatni tanlashi mumkin. Biroq tanlov berilgan eksperimentator Shredingerning mushuki bilan qutini ochganda sodir bo'lmaydi. Aslida, qutining ochilishi makrokosmosda sodir bo'ladi. Boshqacha qilib aytganda, juda uzoq bo'lgan tizimda atom dunyosi. Shuning uchun yadro Geiger hisoblagich detektoriga urilganda o'z holatini aniq tanlaydi. Shunday qilib, Ervin Shredinger o'zining fikrlash tajribasida tizimni etarlicha to'liq tasvirlamadi.

Umumiy xulosalar

Shunday qilib, makrotizimni mikroskopik dunyo bilan bog'lash mutlaqo to'g'ri emas. Makrokosmosda kvant qonunlari kuchlarini yo'qotadi. Atom yadrosi faqat mikrokosmosda bir vaqtning o'zida ikkita holatda bo'lishi mumkin. Mushuk haqida ham shunday deyish mumkin emas, chunki u makrokosmosning ob'ektidir. Shuning uchun, faqat birinchi qarashda mushuk quti ochilgan paytda superpozitsiyadan holatlardan biriga o'tayotganga o'xshaydi. Aslida, uning taqdiri atom yadrosi detektor bilan o'zaro ta'sirlashganda aniqlanadi. Xulosa quyidagicha bo'lishi mumkin: Ervin Shredingerning jumboqidagi tizim holati odamga hech qanday aloqasi yo'q. Bu eksperimentatorga emas, balki detektorga - yadroni "kuzatib turadigan" ob'ektga bog'liq.

Kontseptsiyaning davomi

Shredinger nazariyasi oddiy so'zlar bilan quyidagicha tavsiflanadi: kuzatuvchi tizimga qaramayotganda, u bir vaqtning o'zida ikkita holatda bo'lishi mumkin. Biroq, boshqa olim Evgeniy Vigner yanada uzoqroqqa bordi va Shredingerning kontseptsiyasini to'liq absurdlik darajasiga etkazishga qaror qildi. "Kechirasiz!" - dedi Vigner, "Agar uning hamkasbi eksperimentatorning yonida mushukni kuzatayotgan bo'lsa-chi?" Sherik mushuk bilan qutini ochgan paytda eksperimentatorning o'zi nimani ko'rganini bilmaydi. Shredingerning mushuki superpozitsiyadan chiqadi. Biroq, kuzatuvchi hamkasbi uchun emas. Mushukning taqdiri ikkinchisiga ma'lum bo'lgan paytdagina hayvonni tirik yoki o'lik deb atash mumkin. Bundan tashqari, Yer sayyorasida milliardlab odamlar yashaydi. Tajriba natijasi barcha tirik mavjudotlarning mulkiga aylangandagina yakuniy hukm chiqarilishi mumkin. Albatta, siz barcha odamlarga mushukning taqdiri va Shredinger nazariyasi haqida qisqacha aytib berishingiz mumkin, ammo bu juda uzoq va mehnat talab qiladigan jarayon.

Fizikada kvant dualizmi tamoyillari hech qachon rad etilmagan fikrlash tajribasi Shredinger. Qaysidir ma'noda, har bir mavjudotni hech bo'lmaganda bir kishi kuzatmasa, na tirik, na o'lik (superpozitsiyada) deyish mumkin.

Jon Gribbin

Shredingerning mushukini qidirishda. Kvant fizikasi va haqiqat

Bularning hammasi menga yoqmaydi va men bunga umuman aloqador bo'lganimdan afsusdaman.

Ervin Shredinger 1887-1961

Hech narsa haqiqiy emas.

Jon Lennon 1940-1980

SCHRODINGER MUSHUGINI IZLASHDA

Kvant fizikasi va haqiqat

Ingliz tilidan Z. A. Mamedyarova, E. A. Fomenko tarjimasi

© 1984 Jon va Meri Gribbin tomonidan

Minnatdorchilik

Kvant nazariyasi bilan tanishishim yigirma yildan ko'proq vaqt oldin, maktabda o'qib yurganimda, atom qobig'ining tuzilishi nazariyasi hamma narsani sehrli tarzda tushuntirib berishini aniqlaganimda sodir bo'lgan. davriy jadval elementlar va deyarli barcha kimyo, men ko'p zerikarli darslarda kurashganman. Men zudlik bilan chuqurroq qazishni boshladim, cheklangan ilmiy tayyorgarligim uchun "juda murakkab" bo'lgan kutubxona kitoblariga murojaat qildim va atom spektrini kvant nazariyasi nuqtai nazaridan tushuntirishning go'zal soddaligini darhol payqadim va birinchi marta kashf qildim. ilm-fanning eng yaxshisi bir vaqtning o'zida go'zal va sodda va bu juda ko'p o'qituvchilar tasodifiy yoki ataylab o'z talabalaridan yashiradigan haqiqatdir. O'zimni xuddi shu narsani kashf etgan C. P. Snouning "Qidirish" romanining qahramoni kabi his qildim (garchi men uni ancha keyin o'qigan bo'lsam ham):

Men aralashgan tasodifiy faktlarning birdan joyiga tushib qolganini payqadim... “Ammo bu haqiqat”, dedim o'zimga. - Bu ajoyib. Va bu haqiqat." (Nashr A, 1963, p. 27.)

Qisman mana shu tushuncha tufayli men universitetda fizikani o'rganishga qaror qildim. Vaqti kelib, orzularim amalga oshdi va men Braytondagi Sasseks universiteti talabasi bo‘ldim. Ammo u erda chuqur g'oyalarning soddaligi va go'zalligi turli xil tafsilotlar bilan yopildi matematik usullar kvant mexanikasi tenglamalari yordamida aniq masalalarni yechish. Ushbu g'oyalarni dunyoga tatbiq etish zamonaviy fizika ehtimol, uchuvchilik beradigan chuqur go'zallik va haqiqat haqida bir xil fikrni berdi Boeing 747 deltplanda uchish haqida. Garchi asl tushunchaning kuchi mening kareramga eng muhim ta'sir ko'rsatgan bo'lsa-da, uzoq vaqt davomida; anchadan beri Men kvant olamiga e'tibor bermadim va ilm-fanning boshqa zavqlarini kashf qildim.

O'sha ilk qiziqishning cho'g'lari omillarning kombinatsiyasi bilan qayta yoqildi. 1970-yillarning oxiri va 1980-yillarning boshlarida ilmiy boʻlmagan auditoriyaga gʻalati kvant olamini tushuntirishga harakat qilgan kitoblar va maqolalar paydo boʻla boshladi. “Ommaviy matnlar” deb atalmish ba’zilari haqiqatdan shunchalik yiroq ediki, ularni o‘rganish orqali ilmning haqiqati va go‘zalligini tushunadigan o‘quvchi paydo bo‘lishini xayolimga ham keltirolmasdim va shuning uchun ham xuddi shunday aytib berishni xohlardim. hisoblanadi. Shu bilan birga, kvant nazariyasining ba'zi g'alati jihatlarining haqiqatligini isbotlovchi uzoq ilmiy tajribalar to'g'risida ma'lumotlar paydo bo'ldi va bu ma'lumotlar meni kutubxonalarga qaytib, bu ajoyib narsalar haqidagi tushunchalarimni yangilashga majbur qildi. Va nihoyat, Rojdestvo bayramlarining birida Bi-bi-si meni katoliklik dinini qabul qilganini e'lon qilgan va bayram mavsumining bosh mehmoni bo'lgan Malkolm Muggerijga o'ziga xos ilmiy raqib sifatida radio dasturida qatnashishga taklif qildi. Bundan keyin buyuk odam Xristianlikning sirini ta'kidlab, o'z fikrini aytdi va u menga o'girildi va dedi: "Ammo bu erda hamma javoblarni biladigan yoki hammasini bilaman deb da'vo qiladigan kishi bor". Vaqt cheklangan edi va men ilm-fan barcha javoblarga ega ekanligini da'vo qilmasligini va butunlay cheksiz iymon va haqiqat ma'lum bo'lgan ishonchga tayanadigan fan emas, balki din ekanligini ta'kidlab, munosib javob berishga harakat qildim. "Men hech narsaga ishonmayman", dedim va o'z pozitsiyamni tushuntira boshladim, lekin o'sha paytda dastur tugadi. Rojdestvo bayramlari davomida do'stlarim va tanishlarim menga bu so'zlarni eslatishdi va men hech narsaga cheksiz ishonchim yo'qligi yashashimga to'sqinlik qilmasligini soatlab takrorladim. normal hayot, quyoshning bir kechada g'oyib bo'lishi ehtimoldan yiroq emasligi haqidagi mutlaqo oqilona ishlaydigan gipotezadan foydalanib.

Bularning barchasi kvant olamining asosiy voqeligi - yoki g'ayritabiiyligi haqidagi uzoq munozaralar davomida fanning tabiati haqidagi shaxsiy fikrlarimni aniqlashga yordam berdi va bu meni hozir sizning qo'lingizda bo'lgan kitobni yozishim mumkinligiga ishontirish uchun etarli edi. U ustida ishlayotganda, men Tommi Vens boshchiligidagi Britaniya kuchlari radioeshittirish korporatsiyasining ilmiy radio dasturida muntazam chiqishlarim davomida ko'plab nozik dalillarni sinab ko'rdim. Tomning qiziquvchan savollari mening taqdimotimdagi kamchiliklarni tezda ochib berdi va ularning yordami bilan men o'z fikrlarimni tartibga solishga muvaffaq bo'ldim. eng yaxshi tarzda. Kitobni yozishda men foydalangan ma'lumotnomaning asosiy manbai bu Sasseks universiteti kutubxonasi bo'lib, u dunyodagi kvant nazariyasi bo'yicha eng yaxshi kitoblar to'plamidan birini o'z ichiga oladi va men uchun jurnaldan Mendi Kaplin tomonidan ko'proq nodir materiallar tanlab olingan. Yangi olim, Kristina Satton zarrachalar fizikasi va maydon nazariyasi haqidagi noto'g'ri tushunchalarimni tuzatganda, u menga doimiy ravishda teletayp xabarlarini yubordi. Xotinim nafaqat adabiyotlarni ko'rib chiqish va materialni tartibga solishda bebaho yordam berdi, balki ko'pchilikni yumshatdi. o'tkir burchaklar. Professor Rudolf Pearlsdan menga qutidagi soat tajribasi va Eynshteyn-Podolskiy-Rozen paradoksining ayrim nozik tomonlarini batafsil tushuntirib bergani uchun ham minnatdorman.

Bu kitobning barcha yaxshi tomonlari quyidagilarga bog‘liq: o‘n olti yoshimda Kent okrugi kutubxonasida kashf etgan nomlari endi esimda qolmagan “qiyin” kimyo matnlari; voy, kvant g‘oyalarining “mashhurlashtiruvchilari” meni yaxshiroq tasvirlay olishimga ishontirdilar; Malkolm Muggerij va BBC; Sasseks universiteti kutubxonasi; Tommy Vance va BFBS; Mendi Kaplin va Kristina Sutton va ayniqsa Min. Ushbu kitobda hali ham saqlanib qolgan kamchiliklarga oid har qanday shikoyatlar, albatta, menga yozilishi kerak.

Jon Gribbin

1983 yil iyul

Kirish

Agar siz nisbiylik nazariyasi bo'yicha yozilgan barcha kitob va maqolalarni qo'shsangiz oddiy odamlar, keyin suyakka, ehtimol, oyga etib boradi. Eynshteynning nisbiylik nazariyasi 20-asrning eng katta ilmiy yutug'i ekanligini "hamma biladi" va hamma noto'g'ri. Biroq, agar siz oddiy odamlar uchun yozilgan kvant nazariyasi bo'yicha barcha kitob va maqolalarni jamlasangiz, ular mening stolimga osongina joylashadi. Bu kvant nazariyasi akademiyalar devoridan tashqarida eshitilmagan degani emas. Kvant mexanikasi hatto ma'lum sektorlarda mashhur bo'ldi: uning yordami bilan ular telepatiya va egilish qoshiqlarini tushuntirishga harakat qilishdi va ko'plab ilmiy fantastika hikoyalari uchun undan ilhom olishdi. Ommabop mifologiyada kvant mexanikasi - agar umuman bo'lsa - okkultizm va ekstrasensor idrok bilan bog'liq, ya'ni hech kim tushunmaydigan va hech kim amaliy qo'llashni topa olmaydigan g'alati, ezoterik fan sohasi.

Bu kitob eng asosiy va muhim soha bo'lgan bu tushunchaga qarshi turish uchun yozilgan ilmiy bilim. Bu kitob 1982 yilning yozida yuzaga kelgan bir qancha holatlar tufayli kelib chiqishiga qarzdor. Birinchidan, men hozirgina nisbiylik nazariyasi bo'yicha "Kosmosning egriliklari" nomli kitobni o'qib chiqdim va yigirmanchi asr ilm-fanining boshqa yirik sohasini yo'q qilish vazifasini o'z zimmasiga olish vaqti keldi, deb qaror qildim. Ikkinchidan, o'sha paytda fandan uzoq odamlar orasida kvant nazariyasi nomi ostida mavjud bo'lgan noto'g'ri g'oyalar meni tobora g'azablantirardi. Fridtjof Kapraning ajoyib kitobi "Fizika daosi" ko'plab taqlidchilarni dunyoga keltirdi, ular na fizikani, na daoni tushundilar, lekin G'arb ilm-fanini Sharq falsafasi bilan bog'lash orqali pul topish mumkinligini his qildilar. Va nihoyat, 1982 yil avgust oyida Parijdan bir guruh olimlar koinotning kvant mexanik ko'rinishining to'g'riligini tasdiqlovchi muhim tajribani muvaffaqiyatli o'tkazganliklari haqida xabar keldi.

Bu erda "Sharqiy tasavvuf", qoshiq egilish yoki ekstrasensor idrokni qidirmang. Kvant mexanikasining haqiqiy hikoyasini toping, uning haqiqati har qanday fantastikadan ham hayratlanarli. Bu fan: unga boshqa falsafaning liboslari kerak emas, chunki uning o'zi go'zalliklar, sirlar va kutilmagan hodisalarga to'la. Ushbu kitob aniq savolga javob berishga harakat qiladi: "Haqiqat nima?" Va javob (yoki javoblar) sizni hayratda qoldirishi mumkin. Ishonmasligingiz mumkin. Ammo zamonaviy ilm-fan dunyoga qanday qarashini tushunasiz.

Hech narsa haqiqiy emas

Sarlavhadagi mushuk afsonaviy mavjudot, ammo Shredinger haqiqatan ham mavjud edi. Ervin Shredinger avstriyalik olim boʻlib, 1920-yillarning oʻrtalarida fanning hozirgi kvant mexanikasi deb ataladigan sohasi tenglamalarini yaratishda katta rol oʻynagan. Biroq, kvant mexanikasi faqat fanning bir tarmog'i, deyish qiyin, chunki u barcha zamonaviy fanlar asosida yotadi. Uning tenglamalari juda kichik jismlarning xatti-harakatlarini tasvirlaydi - atomlarning o'lchamlari va undan kichikroq - va ifodalaydi yagona narsa eng kichik zarralar dunyosining tavsifi. Ushbu tenglamalarsiz fiziklar ishlaydigan atom elektr stantsiyalarini (yoki bombalarni) loyihalashtira olmaydi, lazerlarni yarata olmaydi yoki Quyosh harorati qanday pasaymasligini tushuntira olmaydi. Kvant mexanikasisiz kimyo hali ham qorong'u asrlarda bo'lar edi va molekulyar biologiya umuman paydo bo'lmagan bo'lar edi: DNK haqidagi bilim, genetik muhandislik va hech narsa bo'lmaydi.

Kundalik hayotda bizga juda tanish bo'lgan makroskopik ob'ekt (mushuk) qanday qilib kvant xususiyatlarini namoyon qilishi mumkinligiga faraziy misol sifatida.

Bu xossalarning asl mohiyati kvant chalkashlik yoki chalkashlik deb ataladi. Bu hodisaning nomi, umuman olganda, uning mohiyatini aks ettiradi. Darhaqiqat, ko'rib chiqilgan misolda, radioaktiv yadro va mushukning holatlari chigal bo'lib chiqadi (boshqacha aytganda, bir-biriga qattiq bog'langan). Muhim jihat Bu holatlardagi noaniqlikning mavjudligi kvant chigalligidir. Ya'ni, biz mushukning tirik yoki yo'qligini bilmaymiz, shuningdek, yadro parchalangan yoki yo'qligini ham bilmaymiz. Biroq, biz aniq bilamizki, agar yadro parchalanib ketsa, mushuk o'ladi, agar u parchalanmasa, mushuk yashaydi.

Zamonaviy olimlar orasida bu hodisaga katta qiziqish bor va u yaratish g'oyasi bilan bog'liq. kvant kompyuteri, shuningdek xavfsiz aloqa kanallarini tashkil etish. Bu laboratoriyalarda qayta-qayta amalga oshirishga urinishlarni, agar mushuklar bo'lmasa, hech bo'lmaganda Shredingerning mushukchalarini, ya'ni. ob'ektlar ko'proq sezilarli va katta (mezoskopik) va shuning uchun alohida mikrozarrachalarga qaraganda oddiyroq boshqarishga yaroqli, lekin Shredingerning mushuki kabi kvant chigallikning bir xil xususiyatlarini namoyish etadi.

Ammo tabiat kvant chigalligining ko'plab misollarini yaratdi, ular Shredinger laboratoriya mushukchalariga qaraganda kamroq ekzotikdir. Ehtimol, chalkashlikning eng qulay ko'rinishi biz hammamiz yaxshi ko'radigan bir xil atomda sodir bo'ladi. Keling, eng oddiy atomlarni olaylik - davriy sistemaning birinchi elementi - vodorod. Boshqa barcha atomlar singari, u yadro va elektronlardan iborat, ammo vodorod atomining go'zalligi shundaki, u faqat bitta elektronga ega va yadro yana bitta va deyarli butunlay elementar zarracha - protondan farq qiladi. elektron asosiy tarzda, ijobiy belgi elektr zaryadi va juda katta massa (elektron massasidan deyarli 2000 marta).

Mening birimda men ba'zi mikrozarralar, xususan elektronning spin kabi xususiyatga ega ekanligi yoki oddiy o'xshashlik bilan aytganda, ular o'z o'qi atrofida ikki yo'nalishdan birida (soat yo'nalishi bo'yicha yoki teskari yo'nalishda) aylanishlari haqida gapirdim. bu, o'z navbatida, spin proyeksiyasi deb ataladigan ikkita qiymatdan biri bilan belgilanadi. Shunday qilib, proton, xuddi elektron kabi, spinga ega va o'ngga yoki chapga "aylana oladi". Bundan tashqari, ma'lum bo'lishicha, vodorod atomini tashkil etuvchi elektron va proton uchun eng past energiyaga ega bo'lgan "eng qulay" holat bu ular qarama-qarshi yo'nalishda, go'yo bir-birining spinlarini kompensatsiya qilgandek, uning umumiy proyeksiyasi nolga teng bo'ladi. (Aytgancha, bu fakt turli astrofizik kuzatishlar uchun ishlatiladi).

Vodorodning ana shu xususiyati qimmatbaho chigallikni va atom kattaligidagi kichik Shredingerning mushukchasini yashiradi. Haqiqatan ham, biz tegishli tajribalarni o'tkazmagunimizcha va zarralar spinining proyeksiyalarini o'lchamagunimizcha, proton o'ngga yoki chapga aylanishini bilmaymiz. Elektron haqida ham xuddi shunday deyishimiz mumkin. Biroq, biz aniq bilamizki, agar elektron soat sohasi farqli ravishda aylansa, proton soat sohasi farqli ravishda aylanadi va aksincha.

A. Eynshteyn, B. Podolskiy va N. Rozen 1935 yilgi mashhur maqolalarida bunday chigal holatlar bilan ishlaydigan kvant nazariyasidagi kamchiliklarni ko'rsatib o'tishgan (ular mualliflar ismlarining birinchi harflaridan keyin EPR juftlari deb ataladi) maqola), xususan, nisbiylik nazariyasi bilan aniq ziddiyatga va sabab-oqibat munosabatlarining paradoksal buzilishiga olib keladi. Ammo bu haqda ko'proq ma'lumot allaqachon mavjud.

Va ba'zi rassomlar kvant chalkashligini shunday tasavvur qilishadi ...