Порционный микромир. Владимир голощаповфизика элементарных частиц материи Частица материи в квантовой физике

Квантовая физика радикально изменила наши представления о мире. Согласно квантовой физике мы можем влиять своим сознанием на процесс омоложения!

Почему это возможно? С точки зрения квантовой физики, наша действительность – источник чистых потенциальных возможностей, источник сырья, из которого состоит наше тело, наш разум и вся Вселенная.Универсальное энергетическое и информационное поле никогда не перестает изменяться и преобразовываться, каждую секунду превращаясь во что-то новое.

В 20 веке, во время физических экспериментов с субатомарными частицами и фотонами, было обнаружено, что факт наблюдения за течением эксперимента изменяет его результаты. То, на что мы фокусируем наше внимание - может реагировать.

Этот факт подтверждает классический эксперимент, который каждый раз удивляет ученых. Он повторялся во многих лабораториях и всегда получались одни и те же результаты.

Для этого опыта приготовили источник света и экран с двумя щелями. В качестве источника света использовалось устройство, которое «выстреливало» фотонами в виде однократных импульсов.

За ходом эксперимента велось наблюдение. После окончания опыта, на фотобумаге, которая находилась за щелями были видны две вертикальные полоски. Это следы фотонов, которые проходили сквозь щели и засвечивали фотобумагу.

Когда этот эксперимент повторяли в автоматическом режиме, без участия человека, то картина на фотобумаге изменялась:

Если исследователь включал прибор и уходил, и через 20 минут фотобумага проявлялась, то на ней обнаруживалось не две, а множество вертикальных полосок. Это были следы излучения. Но рисунок был другим.

Структура следа на фотобумаге напоминала след от волны, которая проходила сквозь щели.Свет может проявлять свойства волны или частицы.

В результате простого факта наблюдения волна исчезает и превращается в частицы. Если не вести наблюдение, то на фотобумаге проявляется след волны. Этот физический феномен получил название «Эффект Наблюдателя».

Эти же результаты были получены и с другими частицами. Эксперименты повторялись многократно, но каждый раз они удивляли ученых. Так было обнаружено, чтона квантовом уровне материя реагирует на внимание человека. Это было новым в физике.

По представлениям современной физики все материализуется из пустоты. Эта пустота получила названия «квантовое поле», «нулевое поле» или «матрица». Пустота содержит энергию, которая может превращаться в материю.

Материя состоит из сконцентрированной энергии - это фундаментальное открытие физики 20 века.

В атоме нет твердых частей. Предметы состоят из атомов. Но почему предметы твердые? Палец приложенный к кирпичной стене не проходит сквозь нее. Почему? Это связано с различиями частотных характеристик атомов и электрическими зарядами. У каждого типа атомов своя частота вибраций. Этим определяются различия физических свойств предметов. Если бы было можно менять частоту вибраций атомов, из которых состоит тело, то человек смог бы пройти сквозь стены. Но вибрационные частоты атомов руки и атомов стены близки. Поэтому палец упирается в стену.

Для любых видов взаимодействий необходим частотный резонанс.

Это легко понять на простом примере. Если осветить каменную стену светом карманного фонаря, то свет будет задержан стеной. Однако излучение мобильного телефона легко пройдет сквозь эту стену. Все дело в различиях частот между излучением фонаря и мобильного телефона. Пока вы читаете этот текст, сквозь ваше тело проходят потоки самого различного излучения. Это космическое излучение, радиосигналы, сигналы миллионов мобильных телефонов, излучение, идущее из земли, солнечная радиация, излучение, которое создают бытовые приборы и т.п.

Вы это не ощущаете, поскольку можете видеть только свет, а слышать только звук. Даже если вы сидите в тишине с закрытыми глазами, сквозь вашу голову проходят миллионы телефонных разговоров, картины телевизионных новостей и сообщений по радио. Вы это не воспринимаете, поскольку нет резонанса частот между атомами из которых состоит ваше тело и излучением. Но если резонанс есть, - то вы немедленно реагируете. Например, когда вы вспоминаете о близком человеке, который только что подумал о вас. Все во вселенной подчиняется законам резонанса.

Мир состоит из энергии и информации. Эйнштейн, после долгих размышлений об устройства мира сказал: »Единственная существующая во вселенной реальность - это поле». Подобно тому, как волны являются творением моря, все проявления материи: организмы, планеты, звезды, галактики - это творения поля.

Возникает вопрос, как из поля создается материя? Какая сила управляет движением материи?

Исследования ученых привели их к неожиданному ответу. Создатель квантовой физики Макс Планк во время своей речи при получении Нобелевской премии произнес следующее:

«Все во Вселенной создается и существует благодаря силе. Мы должны предполагать, что за этой силой стоит сознательный разум, который является матрицей всякой материи«.

МАТЕРИЯ УПРАВЛЯЕТСЯ СОЗНАНИЕМ

На рубеже 20 и 21 века в теоретической физике появились новые идеи, которые позволяют объяснить странные свойства элементарных частиц. Частицы могут возникать из пустоты и внезапно исчезать. Ученые допускают возможность существования параллельных вселенных. Возможно частицы переходят из одного слоя вселенной в другой. В развитии этих идей участвуют такие знаменитости, как Stephen Hawking, Edward Witten, Juan Maldacena, Leonard Susskind.

Согласно представлениям теоретической физики - Вселенная напоминает матрешку, которая состоит из множества матрешек - слоев. Это варианты вселенных - параллельные миры. Те, что расположены рядом - очень похожи. Но чем дальше слои друг от друга слои - тем меньше между ними сходства. Теоретически, для того, что бы переходить из одной вселенной в другую, не требуются космические корабли. Все возможные варианты расположены один в другом. Впервые эти идеи были высказаны учеными в середине 20 века. На рубеже 20 и 21 века они получили математическое подтверждение. Сегодня подобная информация легко принимаются публикой. Однако пару сотен лет назад, за такие высказывания могли сжечь на костре или объявить сумасшедшим.

Все возникает из пустоты. Все находится в движении. Предметы - иллюзия. Материя состоит из энергии. Все создается мыслью. Эти открытия квантовой физики не содержат ничего нового. Все это было известно древним мудрецам. Во многих мистических учениях, которые считались секретными и были доступны только посвященным, говорилось, что нет никакого различия между мыслями и предметами. Все в мире наполнено энергией. Вселенная реагирует на мысль. Энергия следует за вниманием.

То, на чем ты фокусируешь свое внимание, начинает изменяться. Эти мысли в различных формулировках даются в Библии, древних гностических текстах, в мистических учениях, которые возникли в Индии и Южной Америке. Об этом догадывались строители древних пирамид. Эти знания являются ключом к новым технологиям, которые сегодня используются для управления реальностью.

Наше тело – это поле энергии, информации и разума, находящееся в состоянии постоянного динамического обмена с окружающей средой. Импульсы разума постоянно, каждую секунду придают телу новые формы для приспособления к меняющимся требованиям жизни.

С точки зрения квантовой физики, наше физическое тело под воздействием нашего разума способно совершить квантовый скачок из одного биологического возраста в другой, не проходя через все промежуточные возрасты. опубликовано

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet

Физический реализм — это взгляд, согласно которому физический мир, который мы видим, реален и существует сам по себе. Большинство людей думают, что это само собой разумеется, но с некоторых пор физическому реализму серьезно противоречат некоторые факты из мира физики. Парадоксы, которые сбивали с толку физиков прошлого века, до сих пор не разрешены, и многообещающие теории струн и суперсимметрии никуда этот воз пока не привезли.

В противовес этому, квантовая теория работает, но квантовые волны, которые запутываются, оказываются в состоянии суперпозиции, а затем коллапсируют, кажутся физически невозможными — они кажутся «мнимыми». Все это выливается в интересную картину: теория того, что не существует, эффективно предсказывает то, что существует — но как может нереальное предсказывать реальное?

Квантовый реализм — это противоположная точка зрения, согласно которой квантовый мир реален и создает физический мир как виртуальную реальность. Квантовая механика, таким образом, предсказывает эффекты физической механики, потому что является ее причиной. Физики говорят, что считать, что квантовые состояния не существуют, это как «не обращать внимания на вон того человека за занавеской».

Квантовый реализм — это не «матрица», в которой другой мир, создавший наш, будет физическим. И это не идея мозга-в-чане, поскольку эта виртуальность была задолго до того, как появился человек. И это не фантомный другой мир, который влияет на наш: наш физический мир — фантом сам по себе. В физическом реализме квантовый мир не существует, но в квантовом реализме физический мир невозможен — если это только не виртуальная реальность. И вот возможные объяснения.

Появление Вселенной

Физический реализм

Все слышали о Большом Взрыве, но если физическая Вселенная перед нами, как она началась? Завершенная Вселенная не должна изменяться вообще, поскольку ей некуда идти и неоткуда прийти, и ничто не может ее изменить. Тем не менее в 1929 году астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что все галактики расширяются в сторону от нас, что привело к мысли о Большом Взрыве, который случился в точке пространства-времени порядка 14 миллиардов лет назад. Открытие космического микроволнового фона (который можно увидеть в виде белого шума на экране телевизора) подтвердило, что наша Вселенная не только началась в точке, но и пространство, и время появились вместе с ней.

Итак, когда Вселенная появилась, она уже существовала до своего создания, что невозможно, или была создана чем-то еще. Не может быть такого, чтобы целая, полная и цельная Вселенная появилась сама по себе из ничего. Тем не менее в эту странную идею верит большинство физиков сегодняшнего дня. Они полагают, что первым событием была квантовая флуктуация в вакууме (в квантовой механике пары частиц и античастиц появляются и исчезают повсюду, то есть абсолютной пустоты не существует). Но если материя просто появилась из пространства, откуда появилось пространство? Как квантовая флуктуация в пространстве могла создать пространство? Как могло время начать идти само по себе?

Квантовый реализм

Каждая виртуальная реальность начинается с первого события, вместе с которым появляется и пространство, и время. С такой точки зрения, Большой Взрыв произошел, когда наша физическая Вселенная загрузилась, включая ее операционную систему пространства-времени. Квантовый реализм предполагает, что Большой Взрыв был в действительности Большим Пуском.

У нашей Вселенной есть максимальная скорость

Физический реализм

Эйнштейн пришел к выводу, что ничто не может двигаться быстрее, чем свет в вакууме, и со временем это стало универсальной константой, однако, до конца неясно, почему так. Грубо говоря, любое объяснение сводится к тому, что «скорость света постоянна и предельна, потому что вот так вот». Потому что не может быть ничего прямее прямой.

Но ответ на вопрос «почему вещи не могут двигаться быстрее и еще быстрее», который звучит как «потому что не могут», едва ли можно назвать удовлетворительным. Свет замедляется (преломляется) водой или стеклом, и когда он движется в воде, мы говорим, что его средой является вода, когда в стекле — стекло, но когда он движется в пустом пространстве, мы молчим. Как может волна вибрировать в пустоте? Нет никакого физического фундамента для движения света по безвоздушному пространству, не говоря уж об определении максимально возможной скорости.

Квантовый реализм

Если физический мир — это виртуальная реальность, то скорость света — это продукт обработки информации. Информация определяется как выборка из конечного множества, поэтому ее обработка тоже должна осуществляться с конечной скоростью, а значит, наш мир обновляется с конечной скоростью. Условный процессор суперкомпьютера обновляется 10 квадриллионов раз в секунду, а наша Вселенная обновляется в триллионы раз быстрее, но принципы в основном те же. И если изображение на экране обладает пикселями и частотой обновления, в нашем мире есть планковская длина и планковское время.

В таком случае скорость света будет предельной, потому что сеть не может передавать ничего быстрее, чем один пиксель за цикл, то есть, планковская длина за единицу планковского времени, или порядка 300 000 километров в секунду. Скорость света в действительности должна называться скоростью космоса (пространства).

Наше время весьма податливо

Физический реализм

В эйнштейновском парадоксе близнецов один из них путешествует на ракете почти со скоростью света и возвращается через год, чтобы обнаружить, что его брат-близнец — восьмидесятилетний старик. Никто из них не знал, что их время идет по-разному, и все остались живы, но жизнь одного подходит к концу, а другого — только начинается. В объективной реальности это кажется невозможным, но время для частиц в ускорителях действительно замедляется. В 1970-х ученые запустили вокруг мира атомные часы на самолете, чтобы подтвердить, что те тикают медленнее, чем синхронизированные с ними изначально часы на земле. Но как время, судья всех изменений, само может быть подвержено изменениям?

Квантовый реализм

Виртуальная реальность зависит от виртуального времени, где каждый цикл обработки является одним «тиком». Каждый геймер знает, что когда компьютер подвисает вследствие лага, игровое время тоже немного замедляется. Точно так же время в нашем мире замедляется с ростом скорости или рядом с массивными объектами, что свидетельствует о виртуальности. Близнец на ракете постарел только на год, потому что все циклы обработки его системы подвисли в целях экономии. Изменилось только его виртуальное время.

Наше пространство искривляется

Физический реализм

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, Солнце удерживает Землю на орбите за счет искривленного пространства, но как пространство может искривляться? В пространстве, по определению, происходит движение, поэтому, чтобы оно искривилось, оно должно существовать в другом пространстве, и так до бесконечности. Если материя существует в пространстве пустоты, ничто не может сдвинуть или искривить это пространство.

Квантовый реализм

В режиме «простоя» компьютер на самом деле не простаивает, а выполняет нулевую программу, и наше пространство может делать то же самое. Эффект Казимира проявляется, когда вакуум пространства оказывает давление на две пластины, которые расположены близко друг к другу. Современная физика утверждает, что это давление вызывают виртуальные частицы, которые возникают ниоткуда, но в квантовом реализме пустое пространство заполнено обработкой, которая вызывает тот же эффект. И пространство, как обрабатывающая сеть, может представлять трехмерную поверхность, способную искривляться.

Случайности случаются

Физический реализм

В квантовой теории квантовый коллапс является случайным, к примеру, радиоактивный атом может испустить фотон, когда ему вздумается. Классическая физика не объясняет случайность событий. Квантовая теория объясняет физическое событие «коллапсом волновой функции», поэтому в каждом физическом событии есть элемент случайности.

Чтобы предотвратить угрозу этого первенства физической причинности, в 1957 году Хью Эверетт предложил многомировую теорию, непроверяемую идею того, что каждый квантовый выбор порождает новую вселенную, поэтому каждый вариант события происходит где-то в новой «множественной вселенной» (multiverse). К примеру, если вы выбрали бутерброды на завтрак, природа создает другую вселенную, в которой вы завтракаете персиками и йогуртом. Изначально к многомировой интерпретации относились со смехом, но сегодня физики все чаще предпочитают именно эту теорию другим, чтобы развеять кошмар случайностей.

Тем не менее, если квантовые события создают новые вселенные, несложно догадаться, что вселенные будут накапливаться со скоростью, которая выходит за рамки любых понятий о бесконечности. Многомировая фантазия не просто обходит стороной бритву Оккама, но еще и надругается над ней. К тому же множественная вселенная — это реинкарнация другой старой сказки о заводной вселенной (clockwork universe), которую квантовая теория развенчала в прошлом веке. Ложные теории не умирают, они превращаются в теории-зомби.

Квантовый реализм

Процессор в онлайн-игре может генерировать случайное значение, и наш мир — тоже. Квантовые события случайны, поскольку связаны с клиент-серверными действиями, к которым у нас нет доступа. Квантовая случайность кажется бессмысленной, но играет такую же роль в эволюции материи, какую генетическая случайность сыграла в биологической эволюции.

Антиматерия существует

Физический реализм

Антиматерия относится к субатомным частицам, соответствующим электронам, протонам и нейтронам обычной материи, но с противоположным электрическим зарядом и другими свойствами. В нашей Вселенной отрицательные электроны вращаются вокруг положительных атомных ядер. Во вселенной антиматерии положительные электроны вращались бы вокруг отрицательных ядер, но жителям этой вселенной казалось бы, что с физическими законами все в порядке. Материя и антиматерия аннигилируют при контакте, то есть взаимно уничтожаются.

Уравнения Поля Дирака предсказали антиматерию задолго до ее обнаружения, но до конца не было ясно, как что-то, аннигилирующее материю, вообще возможно. Диаграмма Фейнмана встречи электрона с антиэлектроном показывает, что последний, сталкиваясь, возвращается назад во времени! Как это часто бывает в современной физике, это уравнение работает, но его последствия не имеют никакого смысла. Материи не нужен антипод, а обратный ход времени подрывает причинно-следственные основы физики. Антиматерия — это одна из самых загадочных находок современной физики.

Квантовый реализм

Если материя — это результат обработки, и обработка устанавливает последовательность значений, следует, что эти значения можно обратить вспять, получив, таким образом, антиобработку. В таком свете антиматерия — это неизбежный побочный продукт материи, созданной в процессе обработки. Если время — это завершение первичных циклов обработки материи, для антиматерии оно будет завершением вторичных циклов, а значит, оно будет идти в обратном направлении. У материи есть антипод, потому что процесс обработки, который ее создает, является обратимым, и антивремя существует по той же причине. Только виртуальное время может идти вспять.

Эксперимент с двумя щелями

Физический реализм

Более 200 лет назад Томас Юнг провел эксперимент, который до сих пор ставит в тупик физиков: пропустил свет через две параллельные щели, чтобы получить интерференционную картину на экране. Только волны могут делать это, поэтому частица света (даже один фотон) должна быть волной. Но свет может попасть на экране и в виде точки, что может произойти только в том случае, если фотон — частица.

Чтобы проверить это, физики отправили один фотон через щели Юнга. Один фотон выдал ожидаемую точку попадания частицы, но вскоре точки выстроились в интерференционную картину. Эффект не зависит от времени: один фотон, проходящий через щели, каждый год выдает одну и ту же картину. Ни один фотон не знает, где попал предыдущий, так как же появляется интерференционная картина? Детекторы, размещенные на каждой щели, только впустую потратили время — фотон проходит либо через одну щель, либо через другую, никогда — через обе. Природа издевается над нами: когда мы не смотрим, фотон — волна, когда смотрим — частица.

Современная физика называет эту загадку корпускулярно-волновым дуализмом, «глубоко странным» явлением, объяснимым только эзотерическими уравнениями несуществующих волн. Тем не менее мы, здравомыслящие люди, знаем, что точечные частицы не могут распространяться подобно волнам, а волны не могут быть частицами.

Квантовый реализм

Квантовая теория объясняет эксперимент Юнга вымышленными волнами, которые проходят через обе щели, интерферируют, а затем коллапсируют в точку на экране. Это работает, но волны, которые не существуют, не могут объяснить того, что существует. В квантовом реализме программа фотона может распространяться в сети как волна, а затем начинать сначала, когда узел перегружается и перезагружается, как частица. То, что мы называем физической реальностью, является рядом перезагрузок, объясняющих и квантовые волны, и квантовый коллапс.

Темная энергия и темная материя

Физический реализм

Современная физики описывает материю, которую мы видим, но во Вселенной также есть в пять раз больше того, что называют темной материей. Ее можно обнаружить как ореол вокруг черной дыры в центре нашей галактики, который связывает звезды вместе более прочно, чем может позволить их гравитация. Это не материя, которую мы можем увидеть, потому что свет ее не берет; это не антиматерия, поскольку у нее нет сигнатуры гамма-излучения; это не черная дыра, потому что нет эффекта гравитационного линзирования — но без темной материи звезды в нашей галактике разлетелись бы прочь.

Ни одна из известных частиц не описывает темную материю — предлагались гипотетические частицы, известные как слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP, или «вимпы»), но ни одну из них так и не нашли, несмотря на тщательные поиски. В дополнение к этому, 70% Вселенной представлено темной энергией, которую физика также не может объяснить. Темная энергия — это своего рода отрицательная гравитация, слабый эффект, который расталкивает вещи, ускоряя расширение Вселенной. Оно не сильно изменяется со временем, но что-то плавающее в расширяющемся пространстве со временем должно ослабевать. Если бы это было свойством пространства, оно бы увеличивалось с расширением пространства. На данный момент никто не имеет ни малейшего понятия о том, что такое темная энергия.

Квантовый реализм

Если пустое пространство — это нулевая обработка, «спящий режим», тогда оно не пустое, и если оно расширяется, то пустое пространство постоянно добавляется. Новые точки обработки, по определению, принимают ввод, но не дают никакого вывода. Таким образом, они поглощают, но не излучают, в точности как негативный эффект, который мы называем темной энергией. Если новое пространство добавляется с постоянной скоростью, эффект не будет сильно изменяться со временем, поэтому темная энергия обусловлена продолжающимся созданием пространства. Квантовый реализм предполагает, что частицы, которые могут объяснить темную энергию и темную материю, не будут обнаружены.

Туннелирующие электроны

Физический реализм

В нашем мире электрон может внезапно выскочить за пределы гауссова поля, через которое не может проникнуть. Это можно сравнить с монетой в совершенно закрытой стеклянной бутылке, которая внезапно появляется за ее пределами. В сугубо физическом мире это попросту невозможно, но в нашем — вполне.

Квантовый реализм

Квантовая теория предполагает, что электрон должен случайно проделывать вышеописанное, потому что квантовая волна может распространяться вне зависимости от физических барьеров, и электрон может внезапно коллапсировать в любой ее точке. Каждый коллапс — это кадр фильма, который мы называем физической реальностью, за исключением того, что следующий кадр не фиксирован, а базируется на вероятностях. Электрон, «туннелирующий» через непроходимое поле — это как фильм, который скрывает от взгляда, как актер выходит из дома наружу.

Это может показаться странным, но телепортация из одного состояния в другое — это то, как движется вся квантовая материя. Мы видим физический мир, который существует независимо от нашего наблюдения, но в квантовой теории эффект наблюдателя описывает эффект игрового вида: когда вы смотрите налево, создается один вид, когда направо — другой. В теории Бома призрачная квантовая волна направляет электрон, но в теории, которую мы рассматриваем, электрон и является этой призрачной волной. Квантовый реализм разрешает квантовый парадокс, делая квантовый мир реальным, а физический мир — его продуктом.

Квантовая запутанность

Физический реализм

Если атом цезия испускает два фотона в разных направлениях, квантовая теория «запутывает» их, так что если один вертится снизу вверх, другой — сверху вниз. Но если один случайно переворачивается, как другой может мгновенно узнать об этом, на любом расстоянии? Для Эйнштейна открытие того, что измерение спина одного фотона мгновенно определяет спин другого, где бы тот ни был во Вселенной, было «жутким действием на расстоянии». Экспериментальная проверка этого стала одним из самых тщательных и точных экспериментов вообще в истории науки, и квантовая теория снова оказалась права. Наблюдение за одним запутанным фотоном приводит к тому, что другой получает противоположный спин — даже если они слишком далеки даже для того, чтобы световой сигнал успел их об этом оповестить. Природа могла бы сделать так, что спин одного фотона был бы верхним, а другого — нижним, с самого старта, но это, видимо, было слишком сложно. Поэтому она позволила спину одного выбирать любое случайное направление, так что когда мы его измеряем и определяем одно, спин другого фотона тут же меняется на противоположный, хотя это кажется физически невозможным.

Квантовый реализм

С этой точки зрения два фотона запутываются, когда их программы объединяются для совместного ведения двух точек. Если одна программа отвечает за верхний спин, а другая за нижний, их объединение будет отвечать за оба пикселя, где бы те ни были. Физическое событие у каждого пикселя случайным образом перезапускает программу, другая программа реагирует на это соответствующим образом. Этот код перераспределения игнорирует расстояния, потому что процессору не нужно ходить к пикселю, чтобы попросить его перевернуться, даже если экран большой, как сама Вселенная.

Стандартная модель физики включает 61 фундаментальную частицу с установленными параметрами заряда и массы. Если бы она была машиной, у нее было бы несколько десятков рычагов для запуска каждой частицы. Также ей понадобилось бы пять невидимых полей, которые порождают 14 виртуальных частиц с 16 разными «зарядами» для работы. Возможно, вам кажется полным этот набор, но Стандартная модель не может объяснить гравитацию, стабильность протона, антиматерию, изменения кварков, массу нейтрино или его спин, инфляцию или квантовую случайность — и это очень важные вопросы. Не говоря уж о частицах темной материи и темной энергии, из которых состоит большая часть Вселенной.

Квантовый реализм по-новому интерпретирует уравнения квантовой теории в терминах одной сети и одной программы. Его основное допущение в том, что физический мир — это вывод обработки, но это не умаляет его реальности — просто мы его не видим. Теория предполагает, что материя появилась из света как стабильная квантовая волна, а значит квантовый реализм предполагает, что свет в вакууме может порождать материю при столкновении. Стандартная модель утверждает, что фотоны не могут сталкиваться, поэтому необходим кардинальный экспериментальный подход для проверки виртуальной реальности нашего мира. Когда свет в вакууме породит материю при столкновении, модель элементарных частиц заменится моделью информационной обработки.

Для справки : Брайан Уитворт, создатель теории квантового реализма, оставил подробный путеводитель по терминам, поэтому если у вас будут вопросы — задавайте, постараюсь ответить по его материалам.

Как вы помните из курса физики средней школы, вся материя состоит из молекул.

Если взять любой физический объект и делить его до тех пор, пока не станет невозможным разделить оставшуюся частицу снова, в конечном итоге мы получим наименьший элемент этого объекта, неделимую частицу.

Для большинства объектов это будет молекула, хотя для некоторых чистых веществ наименьшей неделимой частицей является атом.

Вещества, состоящие из одинаковых атомов, называются химическими элементами. Если атомы этих элементов соединить вместе, можно «создать» другие вещества. Воду, например, можно разложить только на молекулы, которые состоят из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Если разложить воду на атомы, она перестанет быть водой и станет кислородом и водородом.

Молекулы и, в определенной степени, атомы ведут себя логично и «правильно» — в соответствии с правилами классической науки, науки XIX века и «здравого смысла».

Но ученые всегда стремились понять, из чего состоят сами атомы, вот тут-то и начинаются проблемы, и именно здесь расходятся пути логичной науки и возможностей нашего восприятия и воображения. Как только мы начинаем наблюдать поведение объектов меньших, чем атомы, начинают происходить странные вещи.

«Маленькие странности»

Когда исследователи начали экспериментировать с объектами, из которых состоят атомы, им пришлось искать совершенно новый физический подход. Они назвали новое направление квантовой физикой, потому что результаты их экспериментов не имели никакого сходства с тем, что ожидалось согласно законам физики, которую именуют классической. Квантовая физика достигла феноменальных успехов в предсказании поведения частиц и стала основой для многих современных технологий.

Слово «квант» происходит от латинского quantum — «сколько» и означает в физике неделимую порцию чего-либо. Кирпичики материи — это крошечные частицы вещества. Субатомные частицы обладают свойствами как твердых частиц, так и волн.

Одним из самых странных открытий квантовой физики является то, что эти частицы всегда находятся «неизвестно где». Невозможно абсолютно точно определить координаты и импульс элементарной частицы в пространстве в конкретный момент времени.

Это принцип неопределенности Гайзенберга — один из основных принципов квантовой механики. Может показаться, что все это полная бессмыслица, но тем не менее это так. И на этом странности не заканчиваются.

Частицы света — фотоны, попадая на преграду, в которой проделаны две близко расположенные вертикальные щели, делают то же самое — каждая частица проходит через обе щели одновременно.

Тот же эксперимент можно проделать со светом. Свет проходит через одну щель в преграде. На выходе он сталкивается со второй преградой, в которой проделаны две щели.

На выходе из каждого отверстия по другую сторону формируется новая волновая картина. Сразу две волны начинают интерферировать друг с другом.

За второй преградой устанавливается экран. Когда свет попадает на этот экран, появляется изображение из светлых и темных полос. Эти полосы называются интерференционными полосами. Они соответствуют областям, где световые волны складываются (конструктивная интерференция), и областям, где волны гасят друг друга (деструктивная интерференция).

В 1800 году английский ученый Томас Юнг использовал этот эксперимент, чтобы доказать, что свет не состоит из твердых частиц, а представляет собой волну, распространяющуюся в воздухе, подобно волне, пробегающей по поверхности воды. Но сразу же возник серьезный вопрос:

Каким образом свет распространяется в вакууме?

По своей природе волна не может не только распространяться, но и существовать в отсутствие какой-либо среды. Тем не менее свет и его разновидности, такие как тепло, могут проходить вакуум.

Чтобы объяснить, как солнечный свет и тепло преодолевают миллионы километров пустого пространства и достигают Земли, были выдвинуты предположения, что пространство заполняет какое-то еще неизвестное вещество — его назвали эфиром. Считалось, что именно это таинственное вещество служит переносной средой для волн в вакууме.

Затем были обнаружены еще некоторые свойства света, не вписывающиеся в волновую теорию. Особым вопросом стал фотоэлектрический эффект. Было установлено, что свет, падающий на твердый объект, как бы выбивает с его поверхности электроны.

В начале XX века природой света заинтересовался Альберт Эйнштейн и в 1905 году написал работу, которая впоследствии принесла ему Нобелевскую премию по физике.

Он объяснил фотоэлектрический эффект очень просто: выбивание электронов происходит за счет воздействия неких частиц света, — и назвал эти частицы фотонами. А частицы не нуждаются ни в какой среде (эфире) и могут свободно перемещаться в вакууме.

Теория Эйнштейна была впоследствии доказана экспериментальным путем: свет действительно состоит из частиц. Наука вскоре продвинулась до такой степени, что ученые смогли выделить одиночные фотоны и проводить с ними эксперименты.

Однако поведение света также носило и волновой характер. Казалось, свет представляет собой и твердые частицы материи, и волны одновременно. Что-то здесь было не так. Чтобы разобраться в этом парадоксе, ученым пришлось вновь повторять эксперимент с двумя щелями, используя самые современные на тот момент измерительные приборы и детекторы.

Было проделано несколько вариантов этого эксперимента, и результаты показали, что реальность гораздо более загадочна, чем мы можем себе представить.

Предположим, что на преграду, в которой проделаны две щели, попадает один фотон. Чтобы очутиться по ту сторону преграды, фотон должен пройти через одно из двух отверстий.

Чтобы зарегистрировать одну такую маленькую частицу света, понадобится сверхчувствительная фотопластинка, которая устанавливается по другую сторону от преграды.

Каждый фотон, достигая поверхности фотопластинки, отображается на ней в виде белого пятнышка. По мере того как тысячи, а затем миллионы фотонов достигают пластинки, начинает проявляться определенное изображение.

Логично предположить, что на пластине будет изображение двух белых круглых пятен напротив каждого отверстия. Но на самом деле мы снова получаем интерференционные полосы! Каждая частица проходит через одно отверстие, но в момент прохождения сквозь щель что-то будто взаимодействует с ней, формируя неожиданную интерференционную картину.

Физикам остается лишь один возможный вывод: фотон испускается как частица и достигает пластинки как частица, но в пути он будто проходит через оба отверстия. Затем он располагается на фотопластинке вместе с другими фотонами так, чтобы сформировалась идеальная картина из светлых и темных полос.

Остается загадкой, каким образом фотону удается одновременно пройти через оба отверстия и откуда он «знает», как после этого ему следует расположиться на фотопластинке?

Свет: и волна, и частица

Физик Ральф Байерлейн сделал попытку ответить на первую часть этого вопроса так: свет путешествует как волна, а затем распадается и приходит на поверхность как частица.

Но свет не имеет массы и, как ни странно, не имеет объема. Частицы света (или световые волны) всегда путешествуют со скоростью света и поэтому должны существовать вне времени и пространства. Для того чтобы находиться «в пространстве», объект должен иметь массу. У света она отсутствует.

Для того чтобы находиться «во времени», объект должен путешествовать во времени. Однако при скорости света время расширяется настолько, что фактически останавливается. Это означает, что свет существует вне времени.

Все еще усложняется, если вспомнить, что свет — это всего лишь часть электромагнитного спектра, видимая невооруженным глазом. Электромагнитное излучение не имеет физической оболочки, оно просто есть.

Свет — это странное явление. А вот атомы, какими бы «пустыми» они ни были, — в конечном счете твердые частицы, которым, в отличие от света, не присуще подобное раздвоение. Или присуще? Удивительно, но ученые уже выяснили, что электроны и атомы подобны свету в том, что иногда ведут себя как твердые частицы, а иногда — как нефизические волны.

В 1987 году японские ученые из исследовательских лабораторий Хитачи и университета Гакусюин пришли к выводу, что электроны обладают такой же двойственностью. Это сомнительное утверждение, ведь электроны невероятно малы и никто никогда не видел и не фотографировал их. А вот атомы — другое дело. Самые крупные можно сфотографировать, и понятно, что они твердые в прямом смысле этого слова.

Первый перелом во взглядах на реальность произошел в начале 1990-х годов, когда ученые из немецкого университета Констанца доказали, что атомы тоже путешествуют как волна, а взаимодействуют как частицы.

А в 1999 году было обнаружено, казалось бы, невозможное: Антон Цайлингер из Венского университета продемонстрировал, что бакиболлы — сферические полые молекулы, состоящие из 60 атомов углерода, — могут одновременно проходить через две параллельные щели.

Итак, что же все это значит?

Допустим, стул, на котором вы сейчас сидите, состоит не только из обширных областей пустого пространства. Его цельность зависит от того, выберут ли атомы состояние твердых частиц или нефизических волн. Что же заставляет их сделать этот выбор? Ответ прост, но от него берет оторопь.

Ваш разум — это и есть тот фактор, который преобразует атом из нефизической волны в твердую частицу материи посредством обработки нервных сигналов, поступающих от ваших ягодиц. Акт восприятия сознательного существа вызывает физическое существование материи!

Есть и еще тревожные сведения: недавние эксперименты показали, что так происходит не только с атомами, но и с молекулами. Атомы и молекулы — это основные кирпичики, из которых построено все, что мы воспринимаем. Даже вы сами состоите из триллионов этих частиц.

Но если они настолько странно себя ведут, почему происходит так, что мы воспринимаем твердые предметы, которые действуют в пределах законов классической физики? Каким чудом безумие одного человека стало коллективным здравомыслием? Согласно принятой среди современных физиков точке зрения, именно акт наблюдения заставляет частицы вести себя таким образом.

Копенгагенская интерпретация

Этот вывод известен как копенгагенская интерпретация — он назван так потому, что основатели квантовой теории проживали в датской столице. Группа исследователей под руководством великого физика Нильса Бора предположила, что, воспринимая эти частицы, мы заставляем их принимать решение о том, в каком месте они расположатся.

Прежде чем частицы окажутся под наблюдением, они размываются в то, что называется «волной вероятности» и за счет этого могут пребывать в нескольких местах одновременно. Когда происходит акт наблюдения, частицы вынуждены выбирать одно место из всех других потенциальных мест.

Согласно копенгагенской интерпретации, в отсутствие наблюдения частицы могут пройти через обе щели в преграде. Как только экспериментатор включает любое измерительное устройство, частица вынуждена проходить через одну щель.

Иначе говоря, когда макромир наблюдает эти частицы, они вынуждены менять свое квантовое поведение на «классическое» поведение макрокосмических масштабов.

Атомы вынуждены действовать «нормально», как только они объединяются в деревья, стулья или книги. Такой акт наблюдения принято называть коллапсом волновой функции, поскольку в момент наблюдения волна становится частицей. А в отсутствие наблюдения объект представляет собой и частицу, и волну одновременно. Это состояние называют суперпозицией.

В отсутствие наблюдения частицы остаются в волне вероятности и не имеют возможности выбирать то или другое местоположение. Наблюдатель разрушает волновую функцию, что приводит к появлению материи. Нет наблюдателя — нет материи.

Выходит, один из важнейших вопросов теперь — что же представляет собой «наблюдатель»? Должен ли он быть существом, обладающим сознанием, или вполне достаточно любого бездумного измерительного прибора? Некоторые из ученых придерживаются мнения, что для того, чтобы наблюдать, нужно воспринимать, а это требует наличия сознания. Тогда что происходит с объектами, которые нельзя наблюдать? К примеру, с камнем на Луне?

Для людей религиозных копенгагенская интерпретация не только не является проблемой, а напротив, согласуется с верой. Наблюдать все способен только Бог, и поэтому он сам гарантирует, что все вокруг существует.

Тем не менее многие ученые не приняли вывод, сделанный в Копенгагене, — для многих он оказался просто неприемлемым.

⚓ Ищи альтернативные точки зрения

В истории развития физики было немало революций, кардинально изменявших научную парадигму и взгляды ученых на методы познания и устройство мира. Однако то, что произошло с естествознанием в первой четверти XX века, не было очередной сменой основных законов. Если раньше все в окружающем нас мире было предсказуемо, то с появлением квантовой механики он стал случайным.

Квантовая — значит дискретная

В классической физике Ньютона, Галилея и даже Эйнштейна было одно замечательное свойство - все физические величины можно было не только измерить, но и с любой степенью точности вычислить их последующие изменения во времени. Поведение любой, сколь угодно сложной, системы и движение тел любой массы и размера были в принципе предсказуемы. Квантовая механика предложила принципиально иную систему законов, управляющих миром. Первые изученные ею микрообъекты - атомы, электроны и фотоны, категорически не желавшие вести себя как классические, заставили физиков кардинально изменить методы описания природных явлений.

К началу XX века в классическом естествознании возникли большие трудности с объяснением целого ряда явлений, начиная от дискретного характера оптических спектров и устройства атома и заканчивая тепловым излучением тел и внешним фотоэффектом. Понимание того, что микромир живет по особым законам, формировалось постепенно и происходило с большим трудом, поскольку очень уж необычными были эти законы.

Классическая физика оперировала величинами, которые могли изменяться равномерно и непрерывно, принимая любые сколь угодно близкие значения. Попытка такого классического подхода к миру атомов и элементарных частиц потерпела неудачу, и ученым пришлось построить новую - квантовую механику, адекватно описывающую особый мир микроскопических частиц и изменений энергий. В новой теории много необычного, и одна из особенностей квантового мира состоит в том, что его характеристики могут изменяться лишь дискретным способом, принимая ряд фиксированных значений.

Квантовые порции

Одной из первых проблем, для решения которой понадобилось введение кванта энергии, было рассмотрение сосуществования частиц и полей и построение теории теплового излучения. Это излучение можно почувствовать не только под ярким летним солнцем, но и поднеся руку к обычной лампочке или горячему утюгу. Однако попытки объяснить такие обыденные явления в рамках классической теории оказались несостоятельными.

В 1900 году Джон Рэлей и Джеймс Джинс, используя классическую теорию, рассмотрели нагретое тело, в котором электромагнитное поле (волны) находилось в тепловом равновесии с частицами. Оказалось, что в этом случае поле забирает у частиц всю их энергию. Тем самым классическая теория приводила к бессмысленному результату: нагретое тело, непрерывно теряя энергию из-за излучения волн, должно охладиться до абсолютного нуля. Этот физически абсурдный результат получил название «ультрафиолетовой катастрофы». В действительности ничего подобного, естественно, не происходит. Наблюдения показали, что на высоких частотах энергия излучения не возрастает бесконечно, а убывает до нуля. Максимальное излучение при фиксированной температуре приходится на определенную частоту или цвет.

Примерами этого могут служить красный цвет раскаленной кочерги (температура около 1 000 К) или желто-белый цвет Солнца (около 6 000 К).

Частный, казалось бы, вопрос об излучении электромагнитных волн нагретыми телами приобрел принципиальное значение. Классическая теория приводила к результатам, резко противоречащим опыту. В 1900 году, чтобы добиться согласования теории с опытом, Максу Планку пришлось отступить от классического подхода лишь в одном пункте. Он использовал гипотезу, согласно которой излучение электромагнитного поля может происходить только отдельными порциями - квантами. Принятая Планком гипотеза противоречила классической физике, однако построенная им теория теплового излучения превосходно согласовывалась с экспериментом.

Эффект Комптона

Вещество может не только излучать, но и поглощать электромагнитные волны. Процесс поглощения, исходя из классических представлений, также оказался не совсем понятным. В начале прошлого века уже умели изготавливать электровакуумные лампы и знали, что при освещении катода светом такой лампы происходит испускание электронов. Это явление назвали внешним фотоэффектом. Все попытки описать его на основе классической теории, в которой свет рассматривался как электромагнитная волна, оказались безрезультатными. Не удавалось объяснить основное свойство фотоэффекта - тот факт, что энергия вылетающих электронов определяется только частотой падающего света и не зависит от его интенсивности.

В 1905 году, через 5 лет после опубликования работы Макса Планка, для объяснения фотоэффекта была применена гипотеза квантов. Из того, что свет, как показал Планк, излучается порциями (квантами), еще не следует дискретная (порционная) структура самого света. Альберт Эйнштейн предположил, что дискретность (разделенность на порции) излучения должна проявляться не только при излучении, но и при поглощении и распространении электромагнитных волн.

Под напором экспериментальных фактов ученые были вынуждены ввести представление о свете как о потоке частиц. Однако еще в начале ХIХ века Томас Юнг экспериментально доказал волновую природу света, а в конце XIX века Джеймс Максвелл теоретически обосновал, что свет представляет собой волны, то есть колебания электромагнитного поля. Каким же образом свет может быть одновременно и частицами, и волнами? Ведь и частица, и волна представляются совершенно не похожими друг на друга. Тем не менее одни экспериментальные факты явно указывают на то, что свет - это поток частиц, а другие на то, что свет - это волны. Возникло логическое противоречие: для объяснения одних явлений свет необходимо было описывать как волны, а для объяснения других - как частицы.

Таким образом, выяснилось, что представления о «частице» и «волне» лишь в какой-то степени отражают реальность. Открытие двойственности (дуализма) свойств света в период формирования новой физики имело огромное значение. Именно попытки объяснить этот дуализм и породили современную квантовую теорию.

Окончательное доказательство существования квантов света было получено в 1922 году американским физиком Артуром Комптоном. Его эксперимент показал, что рассеяние света свободными электронами происходит по законам упругого столкновения двух частиц - фотона и электрона. Теперь это явление называется эффектом Комптона.

Неустойчивый атом

Про то, что существуют минимальные, далее неделимые, частицы материи, говорили еще древние греки. К концу XIX века уже почти никто из ученых не сомневался в реальности атомов, но было непонятно, как они устроены и из чего состоят. Существовало много разных гипотез, но только в 1911 году, после опытов английского физика Эрнеста Резерфорда по обстрелу атомов золота а-частицами, родилась планетарная модель атома. Согласно этой модели в центре атома, подобно маленькому солнцу, располагалось ядро. Вокруг ядра, сходно планетам, обращались электроны, удерживаемые электромагнитными силами. Планетарная модель позволила объяснить результаты опытов, но оставался непонятным факт существования атома. Согласно классической теории электрон, вращающийся в атоме, должен излучать электромагнитные волны. Излучение сопровождается потерей энергии. Теряя энергию, электрон должен в конце концов упасть на ядро, а атом - прекратить свое существование.

Выход из этого «тупика» был предложен в 1913 году датским физиком Нильсом Бором. В своей модели Бор рассматривал электроны как классические частицы, движущиеся вокруг маленького массивного ядра под влиянием электрического поля. Однако вопреки законам классической физики Бор предположил существование в атоме стационарных (не меняющихся во времени) состояний, каждому из которых соответствует определенная энергия. В стационарных состояниях электрон не излучает. Излучение и поглощение света происходят лишь в том случае, когда атом переходит из одного состояния в другое.

Волновая гипотеза Бройля

Сначала только свету приписывалось такое странное свойство - быть одновременно и волной, и частицей. Вещество же рассматривалось как система обычных точечных частиц. В 1923 году Луи де Бройль выдвинул гипотезу об универсальности дуализма волна-частица. Согласно этому предположению не только фотоны, но и электроны, а также любые другие частицы обладают волновыми свойствами. И это касается как микроскопически малых атомов и молекул, так и любых других окружающих нас макроскопических объектов.

Основным признаком волн является их способность интерферировать, то есть складываться и вычитаться. Другими словами, если вещество обладает волновыми свойствами, то для него должны наблюдаться явления дифракции (огибание волнами встречающихся на пути препятствий) и интерференции (сложения и вычитания волн).

Прямое экспериментальное доказательство того, что электроны могут дифрагировать и интерферировать, было получено в 1927 году в опытах Клинтона Дэвиссона и Лестера Джемера, а также, независимо от них, в экспериментах Джорджа Томсона. В настоящее время экспериментаторы наблюдают интерференцию и других частиц, вплоть до молекул. Так, в 2003 году в Институте экспериментальной физики Венского университета была впервые обнаружена квантовая интерференция органических молекул биологического происхождения C4444H3 0N4, содержащих 44 атома углерода, 30 атомов водорода и 4 атома азота. В связи с этими экспериментами возникает вопрос: возможна ли квантовая интерференция живых существ?

После выдвижения де Бройлем гипотезы об универсальности дуализма волна-частица и экспериментального подтверждения наличия у частиц вещества волновых свойств возникли новые принципиальные проблемы. Стало необходимым совместить волновую природу частиц с привычными представлениями о размещении (локализации) частиц в пространстве.

Предсказуемая пси-функция

Как уже говорилось, квантовые объекты существенно отличаются от классических. Достаточно ярко это отличие видно при прохождении пучка частиц через экран с двумя щелями. Когда на щели налетают классические частицы, то каждая проходит заведомо лишь через какую-то одну щель и на экране четко видны две независимые области попадания пролетевших частиц. Применительно к квантовым объектам положение оказывается иным. Квантовые частицы (например, электроны) одновременно проходят через обе щели, причем этот процесс описывается вероятностными методами. Явление интерференции электронов приводит к тому, что на экране наблюдается картина, характерная для прохождения волн, - с большим количеством максимумов и минимумов интенсивности. Квантовые частицы (каждая из них) как бы «чувствуют» наличие обеих щелей. Происходит не сложение волн различных квантовых частиц, прошедших через разные щели, а интерференция волны каждой из квантовых частиц на обеих щелях.

Для того чтобы рассчитывать такие явления, квантовую частицу стали характеризовать не точными значениями координат и импульсов, а некоторой пси-функцией - эта комплексная волновая функция позволяет описывать свойства частиц и определять вероятности тех или иных событий. Уравнение Шредингера, которому подчиняется эта функция, является линейным дифференциальным уравнением, и в этом плане поведение самой пси-функции вполне вычислимо и предсказуемо в отличие от поведения описываемых ею квантовых объектов.

Комбинации с котом

Одной из основ квантовой механики является так называемый принцип суперпозиции (наложения). Согласно этому принципу если есть несколько состояний, отвечающих различным волновым функциям, то существуют состояния, описываемые линейными комбинациями этих функций.

Рассмотрим умозрительный эксперимент с так называемым «котом Шредингера», проясняющий принцип суперпозиции. Кота помещают в коробку. В ней, кроме кота, находится капсула с ядовитым газом (или бомба), которая может взорваться с 50-процентной вероятностью благодаря радиоактивному распаду атома плутония или случайно залетевшему кванту света. Через некоторое время коробка открывается и выясняется, жив кот или нет. До тех пор пока коробка не открыта (не произведено измерение), кот пребывает в суперпозиции двух состояний: «живой» и «мертвый». Описывая с помощью волновых функций всю систему (коробку), включая кота, Эрвин Шредингер в 1935 году пришел к парадоксальному выводу. Состоял он в том, что наряду с состояниями, отвечающими живому или мертвому коту, согласно квантовой механике, существует и суперпозиция этих состояний. Другими словами, должно существовать состояние, когда кот «ни жив, ни мертв» (или, если хотите, - жив и мертв одновременно). Применительно к окружающим нас объектам такая ситуация выглядит странновато. Однако для элементарных частиц нахождение одновременно в двух, казалось бы, взаимоисключающих состояниях совершенно естественно.

Недавно группа Джонатана Фридмана из Нью-Йоркского университета получила одно из доказательств того, что законам квантовой теории подвластны не только элементарные частицы, но и макроскопические объекты. Ученые показали, что примерно так же, как кот Шредингера, может вести себя электрический ток в сверхпроводящем кольце. Исследователи добились такого состояния сверхпроводящего кольца, при котором ток по нему тек одновременно и по часовой, и против часовой стрелки.

Одним из важнейших понятий квантовой теории поля является представление о вакууме. Физический вакуум не пустое место. Если полю, находящемуся в вакуумном состоянии, сообщить достаточную энергию, то происходит его возбуждение и рождение частиц - квантов этого поля.

Эмпирика точных расчетов

Открытие универсальности дуализма волна-частица для всего микромира привело к пониманию того, что противопоставление понятий «частица» и «волна» не совсем оправданно. Квантовые объекты должны описываться более фундаментальными понятиями, а представления о «частице» и «волне» лишь в некоторой степени отражают объективную реальность окружающего нас мира.

Классические частицы движутся по определенным траекториям. Если точно известны координаты и импульсы частицы в начальный момент времени, то можно определить значения координат и импульсов в любой последующий момент времени.

Электрон, протон, нейтрон и другие элементарные частицы принципиально отличаются от таких классических объектов, как, например, дробинка или шарик для пинг-понга. Одно из основных различий заключается в том, что квантовая частица движется не по траектории. При этом неправомерно говорить об одновременных значениях ее координаты и импульса. В этом и состоит принцип неопределенности, установленный Вернером Гейзенбергом в 1927 году. Соотношение неопределенности подчеркивает принципиальное различие в описании состояния системы в классической и квантовой физике. Состояние классической частицы можно описывать с помощью точного задания координат и импульсов. Для квантовой частицы не существует состояний, в которых ее координаты и импульс имели бы одновременно точные значения. При этом квантовая механика позволяет установить, какие из физических величин, характеризующих систему, могут иметь одновременно определенные значения, а какие нет.

Диапазон применения квантовой механики удивительно широк. Ей подчиняется огромное число явлений и процессов-деление атомных ядер и образование нейтронных звезд, форма химических соединений и структура спирали ДНК, работа полупроводниковых диодов, транзисторов и лазеров.

Для понимания законов квантового мира нельзя опереться на повседневный опыт. Частицы ведут себя как классические только в том случае, если мы постоянно «подглядываем» за ними, или, говоря более строго, непрерывно измеряем, в каком состоянии они находятся. Но стоит нам «отвернуться» (прекратить наблюдение), как квантовые частицы переходят из вполне определенного состояния сразу в несколько различных состояний. То есть электрон (или любой другой квантовый объект) частично будет находиться в одной точке, частично - в другой, частично - в третьей и так далее. И это вовсе не означает, что он делится на части - в противном случае какую-нибудь часть электрона можно было бы изолировать и измерить ее заряд или массу. Опыт же показывает, что после измерения электрон всегда оказывается «целым и невредимым» в одной-единственной точке, несмотря на то, что до этого успел побывать одновременно почти везде. Такое состояние электрона, когда он находится сразу в нескольких точках пространства, называемое суперпозицией квантовых состояний, описывают обычно волновой функцией, введенной в 1926 году немецким физиком Эрвином Шредингером. После измерения положения частицы ее волновая функция как бы стягивается в ту точку, где частица была обнаружена, а затем, после измерения, опять начинает расплываться.

Но вернемся к эксперименту с двумя щелями. Напомним, что квантовая частица проходит одновременно через две щели, и на экране наблюдается интерференционная картина. При этом квантовая механика предсказывает, что при определении (измерении с помощью любого прибора) того, через какую из двух щелей проходит квантовая частица, интерференционная картина разрушается. Впервые осуществить такого рода эксперименты позволили достижения техники лазерного охлаждения атомных пучков и достижения последних лет в квантовой оптике. Так, с помощью монохроматического пучка атомов натрия в Университете города Констанц (Германия) был реализован эксперимент с двумя щелями. Он показал, что попытка определить траекторию атома путем рассеяния фотонов приводит к исчезновению интерференционной картины.

Сквозь стены

Вероятностный характер происходящих в микромире явлений приводит к тому, что иногда может случиться даже то, чего быть не должно с точки зрения классической физики. Рассмотрим движение частицы в узкой области, внутри которой потенциальная энергия имеет некоторое конечное значение. В этом случае говорят, что наличествует потенциальный барьер. Такой потенциальный барьер можно представлять в виде кратера с высокими стенками. Если полная энергия классической частицы меньше высоты потенциального барьера, то движущаяся частица, достигнув его, не сможет преодолеть потенциальный барьер. В квантовой же механике, согласно уравнению Шредингера, волновая функция частицы, находящейся в таких же условиях, существует не только внутри воображаемого кратера, но и в области за барьером. Это означает, что есть вероятность обнаружить частицу вне кратера. Возникает интересное явление - проникновение квантовых частиц сквозь потенциальный барьер (сквозь стенки), называемое туннельным эффектом.

Туннельный эффект позволяет объяснить распад атомных ядер, при котором из ядер вылетают а-частицы атомов гелия). Известно, что прочно удерживается внутри атомного ядра сильным взаимодействием. Вне ядра на а-частицу действуют электрические силы отталкивания. Потенциальная энергия в зависимости от расстояния до центра ядра имеет вид глубокой ямы, похожей на кратер. Внутри этой ямы а-частица имеет энергию, много меньшую, чем высота потенциального барьера. И а-частицам каким-то образом удается выбраться из этой ямы. Объяснение такого проникновения частиц через стенки дает туннельный эффект. В результате среднее время жизни радиоактивного атомного ядра оказывается хотя и очень большим, но конечным. Например, время жизни ядра урана 238 U составляет около 4 млрд. лет.

Туннельный эффект позволяет достать то, что прочно удерживается за потенциальными барьерами. Именно прохождением частиц сквозь этот барьер объясняются ионизация атомов в сильном электрическом поле и вырывание электронов из металла под действием электрического поля. Однако чем больше ширина и высота потенциального барьера, тем меньше вероятность прохождения через него.

Именно благодаря туннельному эффекту работают полупроводниковые диоды Шотки, в которых электрический ток в десятки ампер успешно протекает через тонкий слой диэлектрика, разделяющий полупроводниковый и металлический электроды данного квантового прибора. Причем, как и положено диоду, прибор этот пропускает ток только в одну сторону - туда, где энергия зарядов меньше.

Полное подобие

Мы привыкли к тому, что практически каждый предмет индивидуален и хоть чем-то отличается от подобного ему. А вот про элементарные частицы этого сказать нельзя, и разные электроны (как и любые однотипные элементарные частицы) обладают той удивительной особенностью, что ничем друг от друга не отличаются. Системы, состоящие из одинаковых (тождественных) частиц, обладают в квантовой механике особыми свойствами. Эти свойства следуют из так называемого принципа неразличимости тождественных частиц. Представим себе, что мы поменяли местами два электрона, переставив один на место другого. Поскольку электроны абсолютно тождественны, такая перестановка не приведет ни к каким изменениям и не сможет быть обнаружена экспериментально. Это приводит к специфическому обменному взаимодействию, благодаря которому возникают химические связи в молекулах и кристаллах.

Идентичность атомов нашего светила и атомов, образующих похожую звезду, находящуюся на расстоянии в миллиарды световых лет от Земли, позволяет астрономам делать выводы об устройстве Вселенной. Более того, физики сегодня исходят не только из того, что в разных точках пространства действуют одни и те же законы, но и полагают, что за последние 10 млрд. лет электроны (да и весь остальной микромир) были неизменными и тождественными современным.

Даже точка может вращаться

Итак, построение квантовой теории началось с работы Планка, выдвинувшего гипотезу о существовании дискретных уровней энергии в рамках классического подхода. В процессе развития квантовой механики возникло уравнение Шредингера, из решения которого дискретные значения энергии получаются автоматически. Однако экспериментальное определение уровней энергии атомов показало, что полного совпадения с предсказаниями теории нет. Все уровни, кроме основного, расщеплены на ряд очень близких подуровней.

Объяснить это расхождение теории с опытом удалось только с помощью предположения, сделанного Джорджем Уленбеком и Сэмюэлем Гаудсмитом в 1925 году. Они решили, что электрон, как и большинство других элементарных частиц, обладает дополнительной внутренней степенью свободы, названной спином. Наличие спина у квантовой частицы означает, что в некотором отношении она подобна маленькому вращающемуся волчку. Спин может принимать только целые и полуцелые значения.

Все квантовые частицы делятся на два вида - фермионы и бозоны, в зависимости от их спина. Фермионами называются частицы, имеющие полуцелое значение спина. Для этих частиц справедлив принцип, открытый Вольфгангом Паули в 1925 году, согласно которому две одинаковые (тождественные) частицы с полуцелым спином не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Бозонами называются частицы с целым спином. Принцип Паули на них не распространяется: в одном и том же состоянии может находиться любое число частиц. Самыми известными фермионами являются электроны, а бозонами - фотоны. Особенно резко отличаются друг от друга низшие энергетические уровни у систем бозонов и фермионов. Фермионы располагаются ровно по два на каждом энергетическом уровне - один спином вверх, другой вниз. А вот бозоны, напротив, могут все вместе расположиться на одном-единственном нижнем уровне. Именно это явление приводит к сверхпроводимости и сверхтекучести.

Эффект запутывания и ЭПР-парадокс

В процессе становления квантовой картины мира большую роль сыграли не только реальные данные, но и умозрительные эксперименты. Согласно предложенному в 1935 году Эйнштейном, Подольским и Розеном опыту, проводя наблюдения за одной из двух взаимодействовавших частиц, экспериментатор мгновенно изменяет параметры другой, уже далеко отлетевшей частицы. Получается, что квантовая система в процессе разделения сохраняет некую связь (эффект запутывания). Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена, или ЭПР, связан с принципиальной «квантовой нелокальностью».

Окончательное разрешение этого «парадокса» произошло только в 1964 году, когда Джон Белл рассмотрел пару запутанных квантовых частиц, бывших в контакте, а затем удалившихся друг от друга так, что их взаимовлияние стало невозможно. Он показал, что эти частицы проявляют себя столь взаимосогласованно, что это явление не может быть объяснено с точки зрения классической теории. Эксперименты с фотонами и другими частицами многократно показали наличие этой согласованности, тем самым подтвердив правильность квантовой механики и нелокальность пси-функции для системы из нескольких частиц.

Квантовый факс и ксерокс

Одним из важных выводов квантовой теории является теорема о неосуществимости копировании неизвестного квантового состояния. Согласно этой теореме невозможно, получив полную информацию о неизвестном квантовом объекте, создать второй, точно такой же, объект, не разрушив первый. Это утверждение, которое строго доказывается в квантовой механике, можно назвать парадоксом квантовых близнецов. Запрещая создание двойников, квантовая механика не запрещает создание точной копии с одновременным уничтожением оригинала - то есть телепортацию.

Слово «телепортация» совсем недавно перешло из фантастики в науку. Обычно полагают, что переместить какой-то объект или даже человека - значит переместить все частицы, из которых он состоит. Но поскольку элементарные частицы неотличимы друг от друга, их можно не перемещать, а «собрать» телепортируемый объект из новых частиц на основе полученной информации.

Следовательно, телепортация объекта есть считывание квантового состояния частиц и воссоздание этого состояния на удаленном расстоянии. Правда, согласно квантовой механике, как только будет считана вся нужная информация, объект исчезнет и снова появится на свет только после квантовой сборки.

Современному научному значению слова «телепортация» соответствует следующая процедура: объект дезинтегрируется (разрушается его квантовое состояние) в одном месте, а в другом месте возникает его совершенная копия. Причем объект или его полное описание в ходе телепортации никогда не находится между этими двумя местами. Обратите внимание, что «дезинтеграция» квантового состояния является необходимым условием согласно теореме о запрете на клонирование.

В силу принципа неопределенности, чем больше получено информации о некоем объекте, тем больше искажений вносится в этот объект - и так до тех пор, пока исходное состояние не будет разрушено полностью. И даже полностью разрушив исследуемый объект, мы все равно не получим полной картины его исходного квантового состояния. Это звучит как возражение против телепортации: если для создания точной копии из объекта невозможно извлечь достаточно информации, то точная копия не может быть создана. Однако шестеро ученых из группы Чарлза Беннета, нашли возможность обойти это затруднение, используя знаменитый ЭПР-эффект.

Практика телепортации

Вопрос о квантовой телепортации впервые был поставлен в 1993 году группой Чарлза Беннета, которая, используя запутанные состояния, показала, что при присоединении третьей частицы к одной из запутанных частиц можно передавать ее свойства другой удаленной частице. Экспериментальная реализация ЭПР-канала была осуществлена в работах двух групп исследователей - австрийской, из Университета в Инсбруке, возглавляемой Антоном Цойлингером, и итальянской, из Университета в Риме под руководством Франческо Де Мартини. Опыты группы Цойлингера и де Мартини доказали выполнимость принципов ЭПР на практике при передаче по оптическим кабелям состояний поляризации между двумя фотонами посредством третьего на расстоянии до 10 км.

Достигнув успехов в телепортации фотонов, экспериментаторы уже планируют работы с другими частицами - электронами, атомами и даже ионами. Это позволит передавать квантовое состояние от короткоживущей частицы к более долгоживущей. Таким способом можно будет создавать запоминающие устройства, где информация, принесенная фотонами, хранилась бы на ионах, изолированных от окружающей среды. Телепортация может обеспечить надежную передачу и хранение данных на фоне мощных помех, когда все другие способы оказываются неэффективными. Возможно, в будущем сети квантовой телепортации получат такое же распространение, как современные телекоммуникационные сети.

Квантовая механика описывает элементарные частицы, движущиеся со скоростями, много меньшими скорости света. Квантовая теория поля описывает процессы с участием частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. И то, и другое в совокупности составляет квантовую теорию, описывающую движение, взаимодействие, рождение и уничтожение элементарных частиц.

Преемственность физики

Несмотря на совершенно новый взгляд на многие природные явления, квантовую механику никак нельзя расценивать как полное опровержение классической физики. Последняя может рассматриваться как предельный случай квантовой механики или как первое и очень грубое приближение к ней. Как подчеркивал Поль Дирак, соответствие между квантовой и классической теориями состоит не только в их предельном согласии. Соответствие заключается прежде всего в том, что математические операции двух теорий во многих случаях подчиняются одним и тем же законам и описываются одной математической структурой. Отличия заключаются лишь в представлении (реализации) этих структур конкретными математическими объектами.

Сегодня физики твердо верят в то, что наш мир един и познаваем. Все разнообразие природных явлений просто обязано описываться в рамках некоего единого универсального подхода. Другое дело, что человек пока еще не до конца сумел понять глубинную сущность законов природы и пределы познаваемости мира.

Однако большинство физиков убеждены в том, что, если идти по пути, указанном квантовой механикой и квантовой теорией поля, будет открыт тот самый свод законов и правил, который и правит нашим удивительно красивым миром.

Василий Тарасов, кандидат физико-математических наук

Если вы полагали, что мы канули в лету со своими мозговыворачивающими темами, то спешим вас огорчить обрадовать: вы заблуждались! На самом деле все это время мы пытались найти приемлемую методику изложения безумных тем связанных с квантовыми парадоксами. Мы написали несколько вариантов черновиков, но все они были выброшены на мороз. Потому что когда речь заходит об объяснении квантовых приколов, то мы и сами путаемся и признаем, что многое не понимаем (да и вообще мало кто понимает в этом деле, включая крутых мировых ученых). Увы, квантовый мир настолько чужд обывательскому мировоззрению, что совсем не стыдно признаться в своем непонимании и пытаться понемножку вместе разобраться хотя бы в основах.

И хотя мы, как обычно, постараемся рассказывать предельно доступно с картинками из гугла, неискушенному читателю потребуется некоторая начальная подготовка, поэтому рекомендуем просмотреть наши предыдущие темы, особенно про кванты и материю.
Специально для гуманитариев и прочих интересующихся - квантовые парадоксы. Часть 1.

В этой теме мы поговорим о самой обыденной загадке квантового мира - корпускулярно-волновом дуализме. Когда мы говорим "самая обыденная" мы имеем в виду, что физикам она уже приелась настолько, что как будто бы и не кажется загадкой. Но это все потому, что остальные квантовые парадоксы обывательскому уму принять еще сложнее.

А дело было так. В старые добрые времена где-то в середине 17-го века Ньютон и Гюйгенс разошлись во мнении, что есть свет: Ньютон без зазрения совести заявил, что свет это поток частиц, а старина Гюйгенс пытался доказать, что свет это волна. Но Ньютон был авторитетнее, поэтому его заявление о природе света было принято как истинное, а над Гюйгенсом посмеялись. И двести лет свет считали потоком каких-то неведомых частиц, природу которых однажды надеялись открыть.

В начале 19 века один востоковед по имени Томас Юнг баловался с оптическими приборами - в итоге он взял и провел эксперимент, который сейчас называют опытом Юнга, и каждый физик считает этот опыт священным.

Томас Юнг всего лишь направил луч (одного цвета, чтобы частота была примерно одинакова) света через две прорези в пластине, а позади поставил еще одну пластину-экран. И показал результат своим коллегам. Если бы свет был потоком частиц, то мы бы увидели на заднем фоне две светлые полосы.
Но, к несчастью всего научного мира, на экране-пластине появилась череда темных и светлых полос. Обычное явление, которое называется интерференцией - наложение двух (и более волн) друг на друга.

Кстати, именно благодаря интерференции мы наблюдаем радужные переливы на пятне масла или на мыльном пузыре.

Иначе говоря, Томас Юнг экспериментально доказал, что свет это волны. Ученый мир долго не хотел верить Юнгу, и одно время его так закритиковали, что тот даже отказался от своих идей волновой теории. Но уверенность в своей правоте все-таки победила, и ученые стали считать свет волной. Правда, волной чего - это было загадкой.
Вот, на рисунке старый добрый опыт Юнга.

Надо сказать, волновая природа света не сильно повлияла на классическую физику. Ученые переписали формулы и стали полагать, что скоро весь мир падет к их ногам под единой универсальной формулой всего.
Но вы уже догадались, что Эйнштейн как всегда все испортил. Беда подкралась с другой стороны - сначала ученые заморочились расчетом энергии тепловых волн и открыли понятие квантов (обязательно почитайте об этом нашу соответствующую тему " "). А затем с помощью этих самых квантов Эйнштейн нанес удар по физике, объяснив явление фотоэффекта.

Вкратце: фотоэффект (одно из следствий которого является засвечивание пленки) это выбивание светом электронов с поверхности некоторых материалов. Технически это выбивание происходит так, словно свет это частица. Частичку света Эйнштейн назвал квантом света, а позже ей присвоили имя - фотон.

В 1920 году к антиволновой теории света добавился удивительный эффект Комптона: когда электрон обстреливают фотонами, то фотон отскакивает от электрона с потерей энергии ("стреляем" синим цветом, а отлетает уже красный), как биллиардный шар от другого. Комптон за это отхватил нобелевскую премию.

На этот раз физики поостереглись вот так вот запросто отказываться от волновой природы света, а вместо этого крепко задумались. Наука встала перед ужасающей загадкой: так все-таки свет это волна или частица?

У света, как и у любой волны, есть частота - и это легко проверить. Мы видим разные цвета, потому что каждый цвет это просто разные частоты электромагнитной (световой) волны: красный - маленькая частота, фиолетовый - большая частота.
Но удивительно: длина волны видимого света в пять тысяч раз больше размера атома - как такая "штука" влезает в атом, когда атом поглощает эту волну? Если только фотон это частица, сопоставимая по размерам с атомом. Фотон одновременно и большой и маленький?

К тому же фотоэффект и эффект Комптона однозначно доказывают, что свет это все-таки поток частиц: нельзя объяснить каким образом волна передает энергию локализованным в пространстве электронам - если бы свет был волной, то некоторые электроны были бы выбиты позднее, чем другие, и явление фотоэффекта мы бы не наблюдали. Но в случае потока отдельно взятый фотон сталкивается с отдельно взятым электроном и при некоторых условиях выбивает его из атома.

В итоге было решено: свет это одновременно и волна и частица. Вернее, и ни то и ни другое, а новая неизвестная ранее форма существования материи: наблюдаемые нами явления это всего лишь проекции или тени реального положения дел, в зависимости от того как смотреть на происходящее. Когда мы смотрим на тень цилиндра, освещенного с одной стороны, то видим круг, а при освещении с другой стороны - тень прямоугольная. Так и с корпускулярно-волновым представлением света.

Но и тут все непросто. Нельзя говорить, что мы считаем свет либо волной, либо потоком частиц. Посмотрите в окно. Внезапно даже в чисто вымытом стекле мы видим свое, пусть нечеткое, но отражение. В чем подвох? Если свет - это волна, то объяснить отражение в окне просто - подобные эффекты мы видим на воде, когда волна отражается от препятствия. Но если свет - это поток частиц, то объяснить отражение так просто не получится. Ведь все фотоны одинаковы. Однако если все они одинаковы, то и преграда в виде оконного стекла должна одинаково на них воздействовать. Либо все они проходят сквозь стекло, либо все — отражаются. А в суровой реальности часть фотонов пролетает через стекло, и мы видим соседний дом и тут же наблюдаем свое отражение.

И единственное объяснение, которое приходит в голову: фотоны сами себе на уме. Нельзя со стопроцентной вероятностью предсказать, как поведет себя конкретный фотон - столкнется со стеклом как частица или как волна. Это основа квантовой физики - совершенно, абсолютно случайное поведение материи на микроуровне без какой-либо причины (а в своем мире больших величин мы по опыту знаем, что все имеет причину). Это идеальный генератор случайных чисел в отличие от подбрасываемой монетки.

Гениальный Эйнштейн, открывший фотон, до конца жизни был уверен, что квантовая физика ошибается, и уверял всех, что "Бог не играет в кости". Но современная наука все более подтверждает: таки играет.

Так или иначе, но как-то раз ученые решили поставить жирную точку в споре "волна или частица" и воспроизвести опыт Юнга с учетом технологий XX века. К этому времени они научились пулять фотонами по одному (квантовые генераторы, известные среди населения под именем "лазеры"), и посему было задумано проверить, что будет на экране в случае, если выстрелить по двум щелям одной частицей: вот и станет понятно, наконец, чем же является материя при контролируемых условиях эксперимента.

И внезапно - одиночный квант света (фотон) показал интерференционную картинку, то есть частица пролетала через обе щели одновременно, фотон интерферировал сам с собой (если говорить ученым языком). Уточним технический момент - на самом деле интерференционную картинку показал не один фотон, а серия выстрелов по одной частице с интервалами в 10 секунд - со временем на экране проявились юнговские полосы, знакомые любому троечнику с 1801-го года.

С точки зрения волны это логично - волна проходит через щели, и теперь две новые волны расходятся концентрическими кругами, накладываясь друг на друга.
Но с корпускулярной точки зрения получается, что фотон находится в двух местах одновременно, когда проходит через щели, а после прохождения смешивается сам с собой. Это вообще нормально, а?
Оказалось, что нормально. Более того раз фотон находится сразу в двух щелях, значит он одновременно находится везде и до щелей и после пролета через них. И вообще с точки зрения квантовой физики выпущенный фотон между стартом и финишем находится одновременно "везде и сразу". Такое нахождение частицы "сразу везде" физики называют суперпозицией - страшное слово, которое раньше было математическим баловством, теперь стало физической реальностью.

Некий Э. Шредингер, известный противник квантовой физики, к этому времени нарыл где-то формулу, которая описывала волновые свойства материи, типа воды. И немного над ней поколдовав, к своему же ужасу вывел так называемую волновую функцию. Эта функция показывала вероятность нахождения фотона в определенном месте. Заметьте, именно вероятность, а не точное местонахождение. И эта вероятность зависела от квадрата высоты гребня квантовой волны в заданном месте (если кому-то интересны детали).

Вопросам измерения местонахождения частиц мы посвятим отдельную главу.

Дальнейшие открытия показали, что дела с дуализмом еще хуже и загадочнее.
В 1924 году некий Луи де Бройль взял и заявил, что корпускулярно-волновые свойства света это верхушка айсберга. А таким непонятным свойством обладают все элементарные частицы.
То есть частицей и волной одновременно являются не только частицы электромагнитного поля (фотоны), но и вещественные частицы типа электронов, протонов и т.п. Вся материя вокруг нас на микроскопическом уровне является волнами (и частицами одновременно).

И спустя пару лет это даже подтвердили экспериментально - американцы гоняли электроны в электронно-лучевых трубках (которые известны нынешним старперам под названием "кинескоп") - так вот наблюдения, связанные с отражением электронов, подтвердили, что электрон это тоже волна (для простоты понимания можно сказать, что на пути электрона поставили пластинку с двумя щелями и лицезрели интерференцию электрона как она есть).

К настоящему времени в опытах обнаружено, что и атомы имеют волновые свойства и даже некоторые специальные виды молекул (так называемые "фуллерены") проявляют себя как волна.

Пытливый ум читателя, который еще не ошалел от нашего повествования, спросит: если материя это волна, то почему, например, летящий мячик не размазан в пространстве в виде волны? Почему реактивный самолет никак не походит на волну, а очень похож на реактивный самолет?

Де Бройль, чертяка, и тут все объяснил: таки-да, летящий мячик или "боинг" это тоже волна, но длина этой волны тем меньше, чем больше импульс. Импульс это масса, умноженная на скорость. То есть, чем больше масса материи, тем меньше длина ее волны. Длина волны мяча летящего со скоростью 150 км/час будет приблизительна равна 0,00метра. Поэтому мы не в состоянии заметить, как мячик размазан по пространству в качестве волны. Для нас это твердая материя.
Электрон же весьма легкая частица и, летящий со скоростью 6000 км/сек, он будет иметь заметную длину волны в 0,0000000001 метра.

Кстати, сразу ответим на вопрос, почему ядро атома не настолько "волновое". Хоть оно и находится в центре атома, вокруг которого, ошалев, летает и в то же время размазывается электрон, оно имеет приличный импульс, связанный с массой протонов и нейтронов, а также высокочастотным колебанием (скорость) из-за существования внутри ядра постоянного обмена частицами сильного взаимодействия (читайте тему ). Поэтому ядро больше походит на привычную нам твердую материю. Электрон же, по-видимому, является единственной частицей с массой, у которой ярко выражены волновые свойства, вот его все с восторгом и изучают.

Вернемся к нашим частицам. Так что получается: электрон, вращающийся вокруг атома это одновременно и частица и волна. То есть вращается-то частица, и в то же время электрон как волна представляет собой оболочку определенной формы вокруг ядра - как это вообще можно понять человеческим мозгом?

Выше мы уже подсчитали, что летающий электрон имеет довольно огромную (для микромира) длину волны и чтобы разместиться вокруг ядра атома такой волне нужно неприлично много места. Вот как раз именно этим и объясняются такие большие размеры атомов по сравнению с ядром. Длины волн электрона определяют размер атома. Пустое место между ядром и поверхностью атома заполнено "размещением" длины волны (и в то же время частицы) электрона. Это очень грубое и некорректное объяснение - просим нас простить - на самом деле все гораздо сложнее, но наша цель - хотя бы позволить отгрызть кусочек гранита науки людям, которым все это интересно.

Давайте еще раз проясним! После некоторых комментариев к статье [на ЯПе] мы поняли, какого важного замечания не хватает этой статье. Внимание! Описываемая нами форма материи не является ни волной ни частицей. Она лишь (одновременно) имеет свойства волны и свойства частиц. Нельзя говорить, что электромагнитная волна или электронная волна подобны морским или звуковым волнам. Привычные нам волны представляют собой распространение возмущений в пространстве заполненным каким-либо веществом.
Фотоны, электроны и прочие экземпляры микромира при движении в пространстве можно описать волновыми уравнениями, они по поведению лишь ПОХОЖИ на волну, но ни в коем случае волной не являются. Аналогично и с корпускулярной строной материи: поведение частицы похоже на полет маленьких точечных шариков, но это ни разу не шарики.
Это нужно понять и принять, иначе все наши размышления будут в конечном счете приводить к поиску аналогов в макромире и тем самым пониманию квантовой физики придет конец, и начнется фричество или шарлатанская философия навроде квантовой магии и материальности мыслей.

Остальные ужасающие выводы и следствия из модернизированного опыта Юнга мы рассмотрим позже в следующей части - неопределенность Гейзенберга, кошка Шредингера, принцип запрета Паули и квантовая запутанность ждут терпеливого и вдумчивого читателя, который еще не раз перечитает наши статьи и покопается в интернете в поисках дополнительной информации.

Всем спасибо за внимание. Приятной всем бессонницы или познавательных кошмаров!

NB: Прилежно напоминаем, что все изображения взяты из гугла (поиск по картинкам) - авторство определяется там же.
Незаконное копирование текста преследуется, пресекается, ну, и сами знаете. ..