Это всё квантовая физика! Непочтительное руководство по фундаментальной природе всего - Харрис Жереми

Так чем же электроны так сильно отличаются от котов? Почему коты вроде бы всегда находятся в одном месте – будто пребывают в состоянии вечного коллапса, – а электроны нет?

Чем ты больше, тем сложнее падать

Давайте набьем философские трубки, откинемся на спинки философских кресел, почешем философские подбородки и еще немного поломаем голову над тем, что же такое зомбокот.

Можно описать зомбокота как «кота, который и жив и мертв одновременно». И во многих случаях это достойное описание. Но можно посмотреть на этих странных квантовых созданий и на то, из чего они состоят, пристальнее.

Живая версия зомбокота – это животное, которое слоняется вокруг, вылизывается, отрыгивает комки шерсти и занимается разными другими кошачьими делами. Чтобы кот мог заниматься обычными кошачьими делами, его атомы должны быть выстроены совершенно конкретным образом. Например, если кот вылизывает себе лапу, атомы его языка должны находиться на конкретных местах, как и атомы лапы и всего остального. Изменив местоположение этих атомов, вы буквально измените то, что кот делает. Более того, если вы зайдете слишком далеко и перемешаете все атомы кота случайным образом, то превратите животное в бурую кучку углерода, кислорода, водорода и всего прочего. Большинство способов переставить атомы кота не сулят ему ничего хорошего.

Следовательно, мы можем считать зомбокота не каким-то большим объектом, который делает две взаимоисключающие вещи сразу, а скоплением множества атомов, которые случайно оказались в двух конфигурациях одновременно.

«Живой кот» – это сгусток частиц, находящихся в правильных местах, в результате чего образуется функционирующий кошачий организм. «Мертвый кот» – это другой сгусток частиц, по случайности сформировавших нефункционирующий кошачий трупик. Возможно, каждый атом в теле мертвого кота находится не там, где находился бы в теле живого.

Именно положение атомов в теле кота определяет, что он делает и даже жив ли он вообще. Если взять живого кота и переместить слишком много его атомов на новые места, вы его в итоге убьете. И теоретически, если вы очень-очень тщательно переставите частицы в теле мертвого кота, вы сумеете его оживить.

Внесу ясность: я бы не советовал ставить такие эксперименты, но решать вам.

Итак, теперь, когда мы считаем зомбокота не «большим объектом», а скоплением частиц, пора задать вопрос на тридцать биткоинов: что будет, если всего одна его частица коллапсирует в состояние «живой кот»? Что произойдет со всеми остальными частицами, составляющими кота?

Предположим, вы взглянули бы на кончик хвоста зомбокота и обнаружили, что он торчит вверх. «Ага! – сказали бы вы. – Кончик хвоста у кота может торчать вверх, только если кот жив!» И были бы правы. Просто посмотрев на кусочек тела кота, вы смогли понять, в каком кот состоянии, и избавить себя от ненужных походов в зоомагазин и писем с угрозами из «Гринписа».

Но что, если вы увидели бы не кончик хвоста, а какую-то совсем маленькую часть кота, например один волосок из хвоста? Или, если уж на то пошло, одну-единственную частицу из хвоста?

В обоих случаях ответ один: просто зная, где находится конкретная (даже очень маленькая) часть кошачьего организма, вы можете определить, с какой версией зомбокота имеете дело. Одна-единственная частица выдает вам информацию о коте в целом – обо всех остальных частицах, из которых тот состоит.

Отсюда следует, что если частица коллапсирует и оказывается в позиции, соответствующей «живому коту», то и весь кот (и все остальные частицы в его теле) тоже жив!

Итак, мы пришли к своего рода квантовому эффекту домино – одного-единственного коллапса «просто так» достаточно, чтобы случился коллапс кота целиком:

А ведь зомбокот состоит из совершенно офонарительного количества частиц. Если теория коллапса «просто так» верна, то каждая из них может спонтанно коллапсировать в любой момент. А как мы только что видели, если это происходит, вместе с ней коллапсирует и весь кот целиком.

Вот ключ к решению проблемы зомбокота в рамках новой картины: каждую частицу нужно представлять себе как некий лотерейный билет при розыгрыше коллапса. Даже если спонтанные коллапсы «просто так» случаются очень редко, в больших объектах вроде котов, мозгов и арахиса до того много частиц – а значит, лотерейных билетов в игре, – что в любой момент можно ожидать, что по крайней мере одна из них коллапсирует, вынудив все остальные частицы, составляющие объект, коллапсировать вместе с ней.

В результате большие объекты существуют в почти постоянном состоянии коллапса. У них нет шанса заняться какими-то квантовыми глупостями, они просто не успевают ничего сделать до того, как одна из кучи их частиц коллапсирует в определенное состояние!

Но чем мельче объект, тем меньше у него лотерейных билетов при розыгрыше коллапса – и тем ниже вероятность, что он в тот или иной момент коллапсирует. Сторонники теории коллапса «просто так» считают, что именно поэтому по-настоящему маленькие объекты умеют проделывать квантовые фокусы вроде вращения в разных направлениях одновременно. У большого объекта велики и шансы коллапсировать, а у одной-единственной частицы или горстки частиц они крайне малы.

И так и должно быть. Небольшая армия аспирантов, движимых дошираком, провела лучшую часть последних двадцати лет, пытаясь изловить частицы в момент спонтанного коллапса, чтобы доказать истинность теории «просто так», а заодно все-таки донести до родителей, почему им не нужно идти работать на Уолл-стрит по стопам двоюродного брата Стива.

Пока что удача им не улыбнулась (только в смысле коллапса, конечно). Однако теория «просто так» жива до сих пор, поскольку она все-таки могла бы решить проблему зомбокота без привлечения сознания, а это был бы отличный выход из положения.

Но это не значит, что теория «просто так» верна.

Вопросы без ответов

«Просто так» – теория мощная и большой шаг вперед по сравнению со словами Бора о «больших» и «маленьких» объектах. Она дает нам единый и последовательный набор физических законов, который объясняет, почему большие объекты всегда находятся в одном месте, а маленькие могут быть сразу в нескольких. И при этом не дает Дипаку Чопре очередной повод сочинить книжку о «нелокальном сознании». Но и эта теория не лишена недостатков.

Например, если идея о спонтанном коллапсе верна, непонятно, как часто он происходит. Нам лишь известно, что он должен происходить достаточно часто, чтобы повседневные предметы были в состоянии непрерывного коллапса, но при этом достаточно редко, чтобы легионы обремененных долгами аспирантов его не засекли.

Оценки разнятся, но энтузиасты теории «просто так» сегодня считают, что отдельные частицы должны спонтанно коллапсировать примерно раз в миллиард лет. А поскольку вселенной около четырнадцати миллиардов лет, это означает, что если бы вы не сводили глаз с одной частицы с самого Большого взрыва, то пронаблюдали бы ее коллапс примерно четырнадцать раз.

Почему вселенная решила остановиться на одном коллапсе каждые миллиард лет? Ответ, естественно, гласит «просто так».

Но действительно хороша эта идея вот чем: она дает то, чего нам так недоставало, – определение «большого» и «маленького». Объект «большой», если он состоит из достаточного числа атомов, электронов или фотонов, чтобы коллапсировать со скоростью, не позволяющей нам заметить, что он делает много всего одновременно.