Помните интереснейшее эссе "Коллективная память и продолжение пути", которое написала специально для Оринго Наталья Кузьминична (Наталья1985)? Сегодня вас ожидает ещё один материал, углубляющий полученную ранее информацию. Давайте же скорее погрузимся в потоки частиц, чтобы выплыть к таинственному острову новых знаний!

Квантовая механика - фундаментальная физическая теория, которая описывает природу в масштабе атомов и субатомных частиц. Она лежит в основании всей квантовой физики, включая квантовую химию, квантовую теорию поля, квантовую технологию и квантовую информатику. Началось всё с попытки понять природу света. Ньютон полагал, что свет состоит из крошечных частиц (корпускул). Это объясняло, почему он распространяется по прямым траекториям и отражается от поверхностей. Но не объясняло, почему зелёные лучи преломляются сильнее красных. И почему два луча пересекаются без каких-либо изменений, ведь частицы должны сталкиваться...

Альтернативой стала волновая теория света - в её пользу говорили результаты опыта, проведённого англичанином Томасом Юнгом в самом начале XIX века. На пути луча он поставил перегородку с двумя узкими щелями шириной 0,0005 мм и получил ожидаемую интерференционную картинку с максимумом как раз между этими щелями.

Если свет состоит из частиц, то на экране должны появиться параллельные щелям полосы. На самом же деле, когда свет проходит через щели, на экране появляется интерференционная картина (чередующиеся тёмные и светлые полосы), что свидетельствует о волновом поведении света.

Вид эксперимента сверху:

Интерференция волн - взаимное усиление когерентных волн в одних точках при их наложении друг на друга и ослабление в других точках.

Так, постепенно ученые установили корпускулярно-волновую природу света, т.е. свет ведет себя и как частица, и как волна одновременно. Было доказано, что свет распространяется не непрерывно, а порциями - квантами. Понятие кванта введено Максом Планком в 1900 году. Квант (от лат. quantum - «сколько») - неделимая, микроскопически малая порция какой-либо величины. Это значит, что меньше уже быть не может. Квантом света (электро-магнитного излучения) является фотон. 

Столетие спустя после опыта Юнга физики уже открыли атомы и электроны, которые явно представляли собой частицы. Ученые провели опыт, аналогичный юнговскому, но только с электронами: пучок последних они направили на детектор сквозь кристаллическую решётку (аналог щели у Юнга). К удивлению физиков, результатом рассеяния электронов стала дифракционная картина, характерная для взаимодействия волн, но никак не частиц! Это разрушило представление об электроне как об отрицательно заряженном миниатюрном шарике. Более того, получалось, что все объекты микромира ведут себя скорее как волны, чем как частицы. При этом результат эксперимента не меняется, и если пускать электроны через щель не сплошным потоком, а поодиночке, даже одна частица может быть одновременно и волной. Даже один электрон может одновременно пройти через две щели! 

Теперь на арену выходит наблюдатель, с появлением которого всё становится еще более загадочно. Когда в подобных экспериментах физики попытались зафиксировать с помощью приборов через какую щель в действительности проходит электрон, картинка на экране резко поменялась и стала «классической»: два засвеченных участка напротив щелей и никаких чередующихся полос. Электроны будто не захотели проявлять свою волновую природу под пристальным взором наблюдателя. Подстроились под его инстинктивное желание увидеть простую и понятную картинку.

После серии подобных опытов и при более глубоком анализе появилось понятие квантовой суперпозиции -  это суперпозиция состояний, которые не могут быть реализованы одновременно с классической точки зрения, это суперпозиция альтернативных  состояний. Проще говоря, это существование в нескольких местах и состояниях одновременно. Все элементы квантового мира находятся в состоянии суперпозиции, но только до тех пор, пока не появится наблюдатель.  Фотон в суперпозиции - это одновременно и частица, и волна, находится одновременно в нескольких местах, сам об себя ударяется и интерферирует . Но при появлении измеряющей аппаратуры и строгого наблюдателя, фотон тут же дисциплинируется и начинает вести себя по какому-то одному сценарию, т.е. произвольно выбирает одну модель поведения из тысячи возможных. 

Буквально на днях вспомнила как я лет пятнадцать назад увлеклась книгами по трансерфингу реальности В.Зеланда. До последней его книги я так и не дошла и жизнь свою в корне не поменяла, но помню как меня поразила его первая книга "Пространство вариантов". В ней он рассказывает о том, что в окружающем нас пространстве уже существуют всевозможные варианты нашей жизни, надо только уметь выбрать подходящий. Идея мне показалась оригинальной и фантастической. А вот сейчас я понимаю, что никакая это не фантастика, а наша жизнь в квантовой суперпозиции.

Еще одно очень интересное и загадочное явление в квантовом мире - это квантовая "запутанность". Квантовая "запутанность" - это явление, при котором состояние двух или более объектов, как правило частиц, может быть взаимозависимым вне зависимости от их расстояния друг от друга. Если в лаборатории получить пару фотонов одновременно, то они окажутся связанными ("запутанными"). А если замерить спин одного из них и он окажется положительным, то спин второго фотона мгновенно станет отрицательным. И, наоборот.  Спином квантовой частицы (электрона, фотона) называется  её собственный угловой момент. Спин можно представить в виде вектора отклонения в магнитном поле - вверх или вниз (всего возможно только два состояния спина - положительное и отрицательное). Когда за электроном никто не наблюдает, то он имеет все значения спина одновременно - принцип суперпозиции, который мы уже обговорили. Но как только появляется наблюдатель и измеряет его состояние, электрон сам определяет, какой вектор спина ему принять - вверх или вниз. И еще раз о квантовой "запутанности":  как только измерили состояние одного электрона и определили, что его спин положительный, то связанный или «запутанный» с ним электрон принимает значение спина отрицательное. Причём моментально, даже если он находится на Марсе. Хотя до измерения состояния второго электрона, он имел оба значения спина одновременно (положительное и отрицательное).

Этот парадокс, доказанный математически, очень не нравился Эйнштейну.  Потому что он противоречил его теории о том, что информация не может передаваться со скоростью больше скорости света. В середине ХХ века  французский физик Ален Аспе провел опыт - измерение одной частицы могло прямо повлиять на  другую только в случае, если сигнал от первой ко второй прошёл бы со скоростью, превышающей скорость света. Но сам Энштейн доказал, что это невозможно. Оставалось только одно объяснение - необъяснимая, сверхъестественная связь между частицами.

Так и до телепортации недалеко. Кстати, японские учёные ещё в 2011 году впервые в мире телепортировали фотоны! Мгновенно переместили из пункта А в пункт Б пучок света. Взяли два фотона во взаимной "запутанности", которые находились в разных точках. Учёные уничтожили первый фотон в точке А, но он был мгновенно воссоздан в точке Б благодаря их «квантовой запутанности». Конечно, телепортировать людей, как в фантастических фильмах, ученые пока еще не научились, но первый шаг уже сделан.

Говоря о квантовой механике, невозможно не упомянуть о квантовом компьютере, механизм работы которого основан на принципе квантовой суперпозиции и "запутанности".

Привычные нам компьютеры хранят информацию в двоичном коде, а наименьшей единицей хранения информации является бит. Он может принимать строго одно из двух значений: 0 или 1. При решении задачи ПК проводит множество последовательных операций с битами, и в случае со сложными задачами этот процесс занимает много времени. Квантовые компьютеры работают принципиально иначе, чем классические. Для решения любых алгоритмических задач они используют квантовые биты - кубиты. Кубиты могут существовать одновременно в нескольких состояниях, поэтому при проведении вычислений не перебирают последовательно все возможные комбинации, как обычный компьютер, а делают вычисления моментально. В итоге та задача, на выполнение которой у обычного компьютера ушла бы неделя, может выполняться на квантовом компьютере за секунду. "Запутанные" кубиты образуют единую систему и влияют друг на друга. Измерив состояние одного кубита, возможно сделать вывод об остальных. С увеличением числа "запутанных" кубитов экспоненциально растет способность квантовых компьютеров обрабатывать информацию. Пока что еще не изобрели такой стабильно работающий компьютер, но это всего лишь вопрос времени.

Физики середины ХХ века говорили, что квантовая физика применима только к реальности сверхмалых масштабов, где царят отдельные и очень странные субатомные частицы. Они отмечали, что эту область науки невозможно использовать для описания мира людей, стульев и других объектов, состоящих из триллионов и триллионов таких частиц: этот мир может быть описан только классической физикой Исаака Ньютона. Кроме того, утверждали, что математика квантовой физики сама сводится к математике физики Ньютона, как только количество частиц возрастает и становится достаточно большим.

Однако Хью Эверетт, будучи еще аспирантом из Принстона, отметил, что квантовая физика, на самом деле, не переходит в классическую при большом количестве частиц. Согласно квантовой физике, даже объекты обычных размеров ( вроде стульев ) могут быть обнаружены в двух разных местах одновременно - принцип квантовой суперпозиции. Он также подчеркнул, что неверно обращаться к классической физике для спасения ситуации, так как квантовая физика должна быть более фундаментальной теорией, лежащей в основе классической физики, поскольку всё во Вселенной состоит из мельчайших электронов, протонов и нейтронов. Он пошел дальше в своих рассуждениях и в 1957 году написал  диссертацию на звание доктора философии, в которой для объяснения принципа суперпозиции предложил поистине радикальную концепцию, с первого взгляда больше подходящую научной фантастике: он сказал, что квантовая физика предполагает существование бесконечного числа почти идентичных параллельных вселенных, постоянно отделяющихся друг от друга при каждом проведении квантового эксперимента. Любой возможный результат эксперимента реализуется в этих альтернативных вселенных  - и результат эксперимента, и экспериментатор-наблюдатель, т.е. мы с вами.

Так, если результат измерения - выбор всего из двух вариантов (например, спин вверх или спин вниз), то после измерения рождаются два мира, в одном из которых реализуется вариант А, в другом - вариант Б. Каждый день перед нами возникает множество вопросов и несколько вариантов ответа, и с каждым принятым нами решением возникает одна или несколько альтернативных вселенных с другим решением данного вопроса. Эта странная идея, которую Эверетт обнаружил в математике квантовой физики, со временем стала известна как многомировая интерпретация.

Но, как это всегда бывает с новыми идеями, идущими в разрез с общепринятым мнением, его работу восприняли в штыки ведущие умы в науке. Постепенно Эверетт потерял интерес к своей работе и переключился на другой вид исследовательской деятельности. Умер Хью Эверетт в 1982 году от обширного инфаркта в возрасте 51 года. И только десятилетия спустя его идея вызвала живой интерес в научных кругах и с каждым годом становится всё популярнее. Кто знает, возможно, в одном из параллельных миров Эверетт жив до сих пор и продолжает свои исследования.

Исходя из теории мультимировой интерпретации существует такое понятие как квантовое бессмертие. Его суть в том, что если человек умирает, то появляется другая Вселенная, где человек выживает и продолжает жить своей жизнью. А теперь попробуйте вспомнить момент из своей жизни, в котором вы находились на грани смерти. Лично у меня четких и конкретных было два таких момента, когда врачи моим родителям озвучили самый страшный вероятный прогноз. И только представьте, что где-то в пространстве может существовать Вселенная, где вы погибли, не поступили в желаемый ВУЗ, не встретили теперешнего мужа и не завели новых друзей, ведь вас там не существует.

Но вы никогда не узнаете о существовании этого мира, т.к. эксперимент под названием "жизнь" может продолжаться только при наличии объекта эксперимента - вас. Со стороны стороннего наблюдателя - вы погибли и мир продолжает существовать дальше, но уже без вас. А со стороны вас - вы продолжаете существовать в новом альтернативном мире, который образовался после вашей гибели, бесконечно путешествуя по мирам. Потому как участник эксперимента  способен наблюдать результат эксперимента лишь в том мире, в котором он выживает.

Уж не об этой ли вечной загробной жизни рассказывает нам религия? Загробная она для остальных, оставшихся в том мире, но мы никогда не узнаем, что находится за чертой смерти, пока сами не окажемся там. Но это уже совсем другая история...

---------

С огромным любопытством ожидаю новые темы!  И спасибо Наталье Кузьминичне за благословенный скрип мозгов!