Магия времени от А до Я. Как научиться ускорять и замедлять жизнь - Бродерик Лиза
Принцип неопределенности. В основе квантовой теории лежит принцип неопределенности, согласно которому существует предел познания материи в масштабе атомов и субатомных частиц. В лучшем случае можно попробовать вычислить математическую вероятность нахождения объекта в определенном месте и модель его поведения. Принцип неопределенности признает, что физика не может делать точные предсказания, из чего следует, что нечто может произойти в любое время, если ждать достаточно долго.
Мультивселенная. Это понятие также относится к квантовой физике. Идея мультивселенной предполагает, что существует бесконечное множество вселенных, каждая из которых может развиваться по своему пути, в зависимости от сделанного выбора. Поскольку в каждой вселенной могут происходить разные вещи, их существование решает «парадокс убитого дедушки», классическое опровержение возможности путешествий во времени. Парадокс дедушки состоит в следующем: если бы вы отправились в прошлое и убили дедушку до рождения вашего отца, вы бы сами не родились и не смогли его убить. Теория мультивселенной разрешает этот парадокс: вы можете убить копию дедушки в альтернативной вселенной и, следовательно, родиться в вашей вселенной (здесь мы не рассматриваем вопрос перемещения между вселенными).
Квантовая запутанность. Явление, при котором частицы оказываются запутаны между собой и ведут себя как взаимосвязанные, даже если разделены гигантскими расстояниями. Это значит, что частицы могут двигаться быстро – фактически быстрее скорости света. Если частицы могут двигаться быстрее скорости света, то они, по-видимому, могут перемещаться во времени, что делает путешествия во времени возможными.
За исключением червоточин, все эти теории бросают вызов ходу времени и опираются на раздел физики, называемый квантовой физикой. Квантовая физика объясняет поведение мельчайших известных науке частиц – атомов и субатомных частиц. Из-за микроскопических размеров мира квантовой физики для предсказания поведения «квантов» – мельчайших пакетов электромагнитной энергии – используют математику. В квантовом мире энергия и материя не подчиняются тем же законам, что и вещи, которые можно увидеть, почувствовать и потрогать. И это подводит нас к восприятию времени, которое лучше всего объясняется принципами квантовой физики.
Глава 3
Восприятие: квантовый мир
Сотни лет назад, еще до того, как открыли квантовый мир, физики-классики, такие как Галилей и Ньютон, изучали природу энергии во времени и пространстве. Они хотели создать законы, которые с высокой точностью смогут предсказать, что произойдет в мире вещей, которые можно увидеть, почувствовать и потрогать. Уже позже, около века назад, когда появилось более мощное оборудование, физики начали изучать невидимые человеческому глазу субатомные частицы – так появилась «квантовая физика». В то же время астрофизики изучали крупные космические тела, такие как галактики и даже скопления галактик, их движение и гравитационные поля, а также их взаимодействие с другими окружающими их крупными телами. В некотором смысле и астрофизики, и квантовые физики изучают частицы, просто одни частицы намного больше других.
Так что есть частица? Этот термин широко используется в науке для описания различных объектов, обладающих массой. Но правда в том, что ученые на самом деле не знают, что такое «частица». В микроскопическом квантовом мире частицы – это точечные объекты, необходимые для существования материи. К сожалению ученых, эти фундаментальные точечные объекты, из которых состоит материя, ведут себя не так, как крупные видимые объекты окружающего мира, включая планеты и солнце. По еще непонятным причинам мельчайшие атомные и субатомные частицы ведут себя странно по сравнению с более крупными объектами классической физики. Например, кажется, что эти микроскопические частицы не подчиняются законам причины и следствия, которые работают в повседневной жизни. Эти частицы могут в одно мгновение находиться в одном месте, а через мгновение оказаться в другом – без всякой видимой причины. На самом деле ученые обнаружили, что в квантовом мире нет никакой определенности. В этой главе я резюмирую некоторые ключевые принципы квантовой физики, влияющие на наше понимание времени, но, если вы хотите узнать больше об исследованиях, лежащих в основе этих концепций, см. «Приложение A: Наука».
Эффект наблюдателя
Вот пример того, насколько удивителен квантовый мир. В привычном нам мире, если вы стреляете в пруд, пуля попадает в воду. Когда пуля попадет в воду, она сгенерирует колебания, которые будут расходиться концентрическими кругами во все стороны и в конечном итоге разойдутся по всей поверхности воды. Если вы выстрелите над прудом, пуля пролетит в воздухе и приземлится в стороне от пруда. В обоих случаях пуля перемещается из одного места в другое. Но пуля, летящая над прудом, не будет создавать заметных колебаний в отличие от пули, выпущенной в воду; вторая пуля вонзится в землю и останется там. Теперь представьте, что этот же сценарий применим к субатомным частицам – фотонам (частицам света). Фотон можно сравнить с пулей, за исключением того, что он существует в виде крошечного пакета энергии. Иногда фотон ведет себя как пуля, которую выпустили в пруд, и создает колебания, а иногда – как пуля, которую выпустили над прудом, и не создает их.
В прошлом, до появления квантовой физики, ученые считали, что свойства света можно объяснить только в том случае, если он представляет собой волну. Но Альберт Эйнштейн доказал, что определенные частоты света также существуют в виде «дискретных пакетов энергии», которые подобны частицам. Вскоре после этого эксперименты показали, что свет в одних случаях может вести себя как волна, а в других – как частица. Оказалось, что поведение фотонов зависит от того, наблюдают ли за ними ученые и проводят ли измерения. Также выяснилось, что при наблюдении фотоны не могут быть и волнами, и частицами одновременно.
Когда ученые наблюдали за фотонами, происходило нечто, приводящее к изменению поведения фотонов. Как во время наблюдения частица может вести себя как частица, а вне наблюдения – как волна? В отличие от видимого глазу объекта, например, пули, фотон загадочен, ведь в зависимости от присутствия наблюдателя он может вести себя как волна или как частица.
Возможно, это одно из самых удивительных заключений в квантовой теории. Фотон есть фотон; он не должен волшебным образом превращаться из частицы в волну. Не должно иметь никакого значения, наблюдает за ним ученый или нет. Тем не менее, согласно экспериментам, наблюдение вызывает «коллапс волновой функции» в частицу. И хотя мы начали с фотонов, важно отметить, что речь идет не только о них. Подобные эксперименты – самый известный из которых двухщелевой опыт (см. «Приложение А. Наука») – проводились с нейтронами, атомами и даже более крупными молекулами. Корпускулярно-волновой дуализм – явление, при котором наблюдение приводит к коллапсу волны в частицу, – по-видимому, регулирует поведение всех элементарных частиц, встречающихся в природе. На самом деле все фундаментальные частицы, включая частицы, из которых состоит материя, могут вести себя и как частицы, и как волны.
В результате человек был включен в квантовый мир как один из факторов, влияющих на физические измерения. Это явление назвали «эффектом наблюдателя». Это один из фундаментальных принципов квантовой физики, который предполагает, что наблюдение – другими словами фокусирование – играет роль в формировании реальности. Хотя данное открытие противоречит нашему восприятию окружающего мира и нарушает законы классической физики, его невозможно игнорировать. Столетие спустя очевидно, что это не просто домыслы. Со временем появляется все больше авторитетных свидетельств того, что происходящее в микроскопическом, квантовом мире, происходит и в привычном нам макроскопическом мире. Некоторые ученые считают, что причина эффекта наблюдателя – сознание, поэтому фраза «сознание вызывает коллапс» в некоторых кругах стала синонимом эффекта наблюдателя. Макс Планк, основатель квантовой теории, говорил: «Я считаю, что сознание лежит в основе всего. Что материя – производная сознания. Мы не можем игнорировать сознание. Основой всего, о чем мы говорим, что, как мы полагаем, существует, является сознание».
