Первая квантовая революция. Мальчишеская физика. Квантовый переворот

Переворот мышления. Квантовый скачок

Прошу Вас данную информацию не воспринимать «близко к сердцу». Просто на какое-то мгновение позволить данной информации войти в Ваше сознание и расширить горизонт Вашего анализа и восприятия реальности.

Я уверен, что многие слышали о квантовой физике. Очень много эзотерических течений ссылается на эту науку и объясняют, как устроен мир и что такое энергия. Это можно сказать один из предлагаемых вариантов устройства мира и некоторого объяснения сверхспособностей в наш век.

А что, если я Вам скажу, что квантовая физика на сегодняшнем уровне далека от истины, что всё намного глубже и не совсем так…

Но обо всём по порядку. Мой рассказ о том, как порой, на первый взгляд, не связанные между события и мысли, приводят к абсолютно новым открытиям и перевороту мышления.

Всё началось с того, что я начал замечать, как быстро человек привыкает к любой информации, которая формирует его систему верования и мировоззрения. Как правило, сложно переубедить человека, если он свято верит в то, что он для себя выбрал. А если ещё и есть некие результаты — сдвинуть его мировоззрение просто невозможно. Да и нужно ли? Ведь у каждого свой уровень развития, свой путь.

Итак, поехали дальше. В один из вечеров я думал о самых простых вещах: о том, что человек, когда спит, «подзаряжается» энергией. Что человек, когда принимает пищу, тоже получает энергию для физического тела. И вопрос: а так ли это? Действительно ли, принимая очередную порцию, пусть даже самых полезных продуктов, получает в этой горстке земных растений действительно необходимую энергию для существования человека? С таким же успехом можно кушать просто землю, ведь происхождение такое же. Но почему-то мы не едим, что попало. Я не мог логически связать эти незыблемые мероприятия, как прием пищи и подзарядку во сне. Я интуитивно понимал, что корни растут именно из устройства мира, вселенной, энергий, атомов, элементарных частиц, эфира, тонких миров. В общем, в голове всё слилось в одну большую кучу.

Я начал искать информацию о квантовой физике и увидев, что я просто в буквальном смысле утону в этом информационном океане, был в замешательстве.

Но, как оказалось, я знаю одного человека, который занимается изучением квантовой физики более 40 лет! Ученый в этой области. Но я и не подозревал, что меня ждёт.

Меня предупредили, что человек достаточно эксцентричный или, мягко говоря — специфический. Я сразу вспомнил фотографию Эйнштейна. И был не далёк от истины этого образа. Я договорился о встрече у него дома, вооружившись тетрадкой и ручкой.

Я объяснил, что я изучаю и практикую сверхвозможности человека. Что у меня есть много вопросов, о том, как устроен мир, об энергиях, о квантовой физике, так как на неё ссылается много источников и в моей области в том числе.

И что мне нужно связать эзотерику с наукой.

Ведь, как утверждают разные источники — в древних цивилизациях магия, религия, наука, медицина, философия — это всё была одна наука.

В общем, он начал мне рассказывать с самых школьных азов о происхождении науки о квантах, о том, что всё строится на протонах, электронах, нейтронах. О том, чем отличается классическая физика от квантовой. Об орбитах движения частиц внутри атомов, которые повторяют планетарные рисунки. О таблице Менделеева. О разных видах энергий, электромагнитных полях, импульсах. О свечениях, излучениях, лучах, скоростях. О земле, солнце, галактике, космической вакууме и черных дырах…

Дал мне две старые книги для изучения, порекомендовав их, как очень хорошие для начинающих. За несколько часов я узнал больше, чем мог себе представить.

Но это всё цветочки.

После того, как он мне всё рассказал, ответил на мои дурацкие вопросы, я спросил более конкретно, чем же он занимается.

Он ответил: то, что написано в этих книгах, что он мне дал для изучения и на чём строится вся квантовая физика учёных сегодня, он, как бы это правильно выразиться, опровергает. Что его расчёты кардинально меняют представление обо всей квантовой науке в целом.

Также, что я смог выдавить из него, это то, что космический вакуум это не пустота, как утверждают, а твёрдое тело. Это стало жирной точкой. Моя голова готова была взорваться.

Я всё-таки спросил, что же заставляет его быть таким уверенным в его выводах, что он прав, а не ошибается по поводу сегодняшней квантовой теории. Он мне объяснил очень просто. Представь кроссворд, который ты заполняешь. Разве ты можешь быть не уверен в том, что правильно заполнил его, если все слова, буквы, клеточки заполнились полностью. Ведь, если бы была где-то ошибка, то и кроссворд бы не сложился. Логично!

Уважаемые читатели, я не собираюсь кого-то в чём-то убеждать. Окажется он прав и перевернёт квантовую физику, что повлечёт пересмотр взглядов всех и вся или нет — покажет время. Но я понял из, казалось бы, не связанных между собой ситуаций, несколько вещей:

Нет абсолютной истины, есть бесконечное развитие.
Есть необъяснимые вещи и законы, которые просто работают без логического объяснения.
Нужно держать «сознание» открытым, чтобы не топтаться на одном месте.
Система верования и мировоззрения может изменяться, иногда, очень резко.
Всю информацию нужно доказывать и опровергать одновременно — это и есть процесс эволюции.

Источник

В избранное

meditation-portal.com

Квантовая революция

Количество просмотров публикации Квантовая революция - 484

Все изменилось после появления квантовой теории. Уже в начале XX в. стало ясно, что, хотя законы Ньютона и уравнения Максвелла весьма успешно описывают движение планет и поведение света͵ существует целый класс явлений, которые они объяснить не в силах. Как ни прискорбно, они ничего не говорили о том, почему материалы проводят электричество, почему металлы плавятся при определенных температурах, почему газы при нагревании излучают свет, почему некоторые вещества при низких температурах обретают сверхпроводимость. Чтобы ответить на любой из этих вопросов, крайне важно понимать внутреннюю динамику атомов. Назрела революция. Ньютонова физика после 250 лет владычества ждала своего ниспровержения; одновременно крушение старого кумира должно было возвестить о начале родовых схваток новой физики.

В 1900 ᴦ. Макс Планк в Германии высказал предположение о том, что энергия не непрерывна, как считал Ньютон, но существует в виде маленьких дискретных ʼʼпорцийʼʼ, получивших название ʼʼквантовʼʼ. Далее в 1905 ᴦ. Эйнштейн постулировал, что свет тоже состоит из этих крошечных дискретных пакетов (или квантов), позже названных фотонами. При помощи этой простой, но мощной идеи Эйнштейн сумел объяснить фотоэлектрический эффект, а именно почему металлы при облучении светом испускают электроны. Сегодня фотоэлектрический эффект и фотон служат основой для телевидения, лазеров, солнечных батарей и значительной части современной электроники. (Эйнштейнова теория фотона была настолько революционной, что даже Макс Планк, обычно горячо выступавший в поддержку Эйнштейна, поначалу не мог поверить в нее. Планк писал об Эйнштейне: ʼʼТот факт, что иногда он промахивается... как, к примеру, получилось у него с гипотезой световых квантов, нельзя, по совести, ставить ему в винуʼʼ.)

Затем в 1913 ᴦ. датский физик Нильс Бор дал нам совершенно новую картину атома; атом у Бора напоминал миниатюрную солнечную систему. Но, в отличие от настоящей Солнечной системы электроны в атоме могут двигаться вокруг ядра только в пределах дискретных орбит или оболочек. Когда электрон ʼʼперепрыгиваетʼʼ с одной оболочки на другую, более близкую к ядру и обладающую меньшей энергией, он испускает фотон энергии. И наоборот, когда электрон поглощает фотон с определенной энергией, он ʼʼпрыгаетʼʼ выше, на оболочку, расположенную дальше от ядра и обладающую большей энергией.

В 1925 ᴦ., с появлением квантовой механики и революционных работ Эрвина Шрёдингера, Вернера Гейзенберга и многих других, родилась почти полная теория атома. Согласно квантовой теории электрон представлял собой частицу, но обладал также ассоциированной волной, что придавало ему одновременно свойства частицы и волны. Волна эта подчинялась так называемому волновому уравнению Шрёдингера, позволявшему рассчитать свойства атома, включая все постулированные Бором ʼʼпрыжкиʼʼ электронов.

До 1925 ᴦ. атомы считались загадочными объектами; многие, подобно философу Эрнсту Маху, вообще не верили в их существование. После 1925 ᴦ. у человека появилась возможность не только заглянуть глубоко в динамику атома, но и вполне достоверно предсказать его свойства. Как ни поразительно, это означало, что, имея под рукой достаточно мощный компьютер, можно вывести свойства химических элементов непосредственно из законов квантовой теории. Точно аналогично тому, как ньютонова физика при наличии достаточно большой вычислительной машины позволила бы ученым рассчитать движение всех небесных тел вселенной, квантовая физика, по утверждениям ученых, давала принципиальную возможность рассчитать все без исключения свойства химических элементов Вселенной. Вместе с тем, имея достаточно мощный компьютер, можно было бы составить полную волновую функцию человеческого существа.

referatwork.ru

Квантовая революция и переворот в литературе / Наука / Независимая газета

литература, физика, переворот Выдающийся отечественный физик-теоретик Дмитрий Блохинцев стремился не только в научном, но и в художественном творчестве объяснить квантовую картину мира.Источник: изображение работы Д.И.Блохинцева предоставлено пресс-службой Объединенного института ядерной энергии, г. Дубна

Эти два понятия – «квантовая революция» и «литература» – на первый взгляд выглядят совершенно несовместимыми. Действительно, какая логическая связь может быть между квантовой физикой и художественной литературой? Тем не менее упомянутые радикальные изменения в этих двух областях человеческого познания произошли в один и тот же исторический период – в первой трети XX века.

Квантовый одиночка

Это лишь случайное совпадение – скажет мой неугомонный литературный оппонент и будет по-своему прав. А вот физик ему обязательно напомнит, что с некоторых пор случайность стала одним из основных постулатов современной науки. Ведь предсказуемый ранее мир с появлением квантовой механики стал случайным.

Существенно и то, что квантовая физика создавалась невероятными усилиями многонациональной семьи блестящих ученых, у ее истоков стояли такие выдающиеся физики, как Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Эрнест Резерфорд, Нильс Бор, Поль Дирак и многие другие. Исследования по квантовой механике и физике были столь значимы в истории науки XX века, что все вышеупомянутые физики, создатели новой картины мира, получили Нобелевские премии.

А вот переворот в мировой литературе (в философском и художественном восприятии) осуществил корифей-одиночка, великий ирландский писатель Джеймс Джойс (1882–1941), творческая деятельность которого протекала в трех точках старой Европы – Триесте, Цюрихе и Париже.

Джойс прославил свой народ и страну оригинальными произведениями о европейцах разных национальностей, но почти всегда с ирландским акцентом и с «оглядкой» на Дублин. Сорок лет своей жизни он провел за пределами Ирландии в «добровольном изгнании». Всеобщее признание к нему пришло значительно позже, после его смерти, во второй половине ХХ века. В отличие от «квантовых» нобелевских лауреатов своего времени он так и не смог получить эту престижную премию за литературу.

Небезынтересно и то, что имя Джеймса Джойса навсегда вошло и в историю квантовой физики. Суть этого явления предельно четко изложена в предисловии к книге «Роза для Джойса», изданной в Международном центре по теоретической физике в Триесте, текст которого я привожу ниже в переводе на русский язык.

«Три кварка для мистера Марка»

(Из романа Джеймса Джойса Finnegan’s Wake, 1939 год)

«Кварки – строительные блоки протонов и нейтронов. Это слово впервые было использовано лауреатом Нобелевской премии М.Гелл-Манном при описании элементарных частиц. Кварки появились в научной литературе в 1964 году, в том же году, когда в Триесте был открыт Международный центр по теоретической физике (МЦТФ).

Именно здесь, в Триесте, Джойс собрал материал, побудивший его написать свой знаменитый роман Finnegan’s Wake («Поминки по Финнегану», 1939 год). Возможно, это было лишь простое совпадение, но с изданием этой книги («Роза для Джойса») мы одновременно отмечаем три важных события: столетие прибытия Джойса в Триест, пятидесятилетие возвращения Триеста в состав Италии и сорокалетие создания МЦТФ. В этом 2004 году Джойс и МЦТФ как бы воссоединились, когда мы провели в нашем Центре очередную, восьмую сессию летней школы имени Джойса.

Молодой ирландец, прибывший в Триест сто лет тому назад, стал великим писателем; молодой пакистанец , прибывший сюда 40 лет тому назад, стал всемирно известным ученым, создав в Триесте МЦТФ и позже став лауреатом Нобелевской премии. Но кто знает, может быть, один из нынешних посетителей Триеста из какого-нибудь малоизвестного уголка планеты вскоре станет такой же выдающейся личностью».

К.Р.Шринивасан, почетный профессор МЦТФ имени Абдус Салама, директор МЦТФ

Атомная структура человеческой ткани

Джойс, будучи человеком высочайшей культуры, в двух своих знаменитых романах беспощадно стремился выяснить – нередко с противоположных позиций – взаимопроникновения искусства и жизни, взаимосвязи научного познания и литературного творчества. Почти все герои «Улисса» представляются мне многомерными живыми существами, которые сами по себе разговаривают с читателем и уводят его в неизвестные пласты потока сознания, из которого потом трудно «выпутываться».

Интеллектуальный заряд Джойса так искусно прорывается во внутренний мир человека, как будто писатель проникает до самых глубин исследуемой материи – до атомной структуры человеческой ткани. Как тут не вспомнить джойсовских кварков, с легкой руки нобелевского лауреата прочно засевших в современной модели атомной структуры.

Я долгое время не понимал, почему корифей мирового модернизма совсем «оголил» своих героев – «выпустил» всех персонажей «Улисса» на улицы большого города, где царствует толчея и анархия, случайные столкновения и стихия общественных и личных коллизий, – абсолютно распахнутый пейзаж для потока человеческого сознания! В конце концов, будучи немного знаком с «эвереттизмом» (должен признаться – весьма поверхностно), я начинаю задумываться, не является ли всё это каким-то отдаленным отблеском непрерывного «столкновения вселенных», рьяным проповедником которого является оксфордский физик Дэвид Дойч. Ведь поток сознания в произведениях Джойса, прежде всего в «Улиссе», – это непрерывный процесс прямого столкновения всех предметов и действующих лиц с реальной жизнью, причем открыто у всех на виду, даже в спальне главных героев, за что американцы долгое время не пускали главное произведение Джойса на американский рынок.

А, между прочим, столкновение вселенных, по Дойчу, пока для нашего понимания недоступно – в ожидании концептуального прорыва в квантовой механике, если, конечно, такой переворот все же состоится.

Если современник Джойса, печально известный американский писатель Эзра Паунд (он семь лет просидел в вашингтонской тюрьме за поддержку идеологии Муссолини), в своей знаменитой поэме Cantos («Песни») – итог полувекового труда – сделал безуспешную попытку создать культуру ХХ века «из фрагментов» ушедших веков и цивилизаций, то ирландский писатель совершил более удачное действие – «на обломках» богатейшей литературы ХIХ века создал совершенно новую модернистскую культуру, которая была сначала воспринята послевоенной европейской элитой и затем американским обществом.

Заговорщики квантовой революции

Знаменитое уравнение Е = mc2 создателя теории относительности Альберта Эйнштейна (1905 год) и планетарная модель атома Эрнеста Резерфорда (1911 год) дали мощный импульс «заговорщикам» квантовой революции. Тогда и началась беспрецедентная коллективная «бомбардировка» атомного ядра с участием сотен и тысяч первоклассных физиков и математиков, наступление на основы классической механики Ньютона. То, что произошло тогда в науке, перевернуло все наши представления об окружающем мире. Квантовая механика предложила принципиально иную систему законов, управляющих миром.

Почти одновременно и почти то же самое произошло в сфере литературы и культуры. Драматургия норвежца Ибсена, поэзия Йитса, философия американского изгнанника Паунда, переворот в оперной музыке Вагнера, поэзия Бодлера и Верлена – они и подготовили Джойса к совершению окончательного переворота в мировой литературе ХХ века. Порыв великого ирландца развили такие величины мировой культуры, как Хемингуэй и Элиот, Вирджиния Вулф и Томас Манн, Феллини и Пруст, Дали и Пикассо, Кафка и Корбюзье, что и привело к торжеству современного модернизма.

Если говорить языком науки, все они совершили в культуре своеобразный переход от ньютоновской механики к квантовой.

Образ и методы мышления джойсовского человека оказали громадное влияние не только на европейскую литературу, но и на всю мировую культуру. Джойса мы находим в Хемингуэе и Шнитке, в Фолкнере и Дали, в Гелл-Манне и Абдус Саламе, в Ландау и Орхан Памуке. А подражатели – сотни и тысячи во всех сферах творческого познания.

Секрет гениальной полифонии романа «Улисс», видимо, еще и в том, что он впитал опыт многих титанов культуры. «Переработав» все лучшее в мировой литературе в духе творческих и научных требований ХХ века, Джойс представил свой замысел перед мировой элитой в весьма «удобоваримой» форме не только для праздных размышлений, но и для использования в виде установленных норм поведения современного общества. Свое литературное творчество всегда и везде – в Триесте и Цюрихе, Париже и Лондоне – он освещал туманным ирландским светом, дабы никто не обвинил его в абстрактных размышлениях европейского наблюдателя и, конечно, в антипатриотизме.

Литературный мир Джойса чрезвычайно сложен для понимания, как и высшая математика и квантовая физика для большинства людей, непосредственно не связанных с этой сферой науки. В отличие от точных наук в «Улиссе» и других книгах Джойса – огромное количество вариантов прочтения, к тому же для российского читателя они были закрыты в течение почти 70 лет со дня их публикации.

Поток сознания и логика океана

Десять лет жизни в Триесте у берегов Адриатического моря оставили заметный отпечаток в творчестве Джойса. Он очень часто задумывался о том, что легче исследовать: глубь океана или глубины человеческой души. Он исследовал и то и другое – нередко с параллельными зарисовками. При этом Джойс исходил из того, что поток человеческого сознания, как и океанские волны, редко поддается логике упорядочения. Он вылавливал отдельные вспышки и мерцания человеческого сознания и все подсознательное, тем самым выстраивая движения потока сознания в «стройный» или хаотический ряд. Не так ли изучают физики движение электронов вокруг атомного ядра?

До Джойса никому не удавалось столь глубокое проникновение в бессознательное начало человеческого духа и вряд ли удастся и после него – одними подражаниями до океанского дна невозможно опуститься. А Джойс достиг и глубин океана, и вершин гималайских восьмитысячников, превратив собственный опыт и интеллект в бесценный источник творчества – в сознательное бессознательное.

Джойс часто говорил, что у него нет никакого литературного воображения, все то, о чем он пишет, берет из собственной жизни, в лучшем случае из жизни окружающих его людей, а таковых у него было не так уж много. Как же он тогда добрался до мировых вершин? Не об этом ли говорил академик Лев Ландау, когда речь шла о творческом озарении: «Человек в процессе познания природы может оторваться от своего воображения, он может открыть и осознать даже то, что ему не под силу представить».

Поток сознания по-джойсовски уравняет прошлое и будущее, великое и ничтожное, пошлое и высокое, человеческую мощь и беззащитную слабость. Мотивация Джойса: я ускоряю распад материи, хочу спуститься в глубь материи, проникать в каждый атом┘ «Улисс» – роман непрерывного потока сознания с использованием вневременной беспорядочности и бессознательного, хаотичных воспоминаний и абсурдного пространства, с сознательно деформированным образом мира и всего сущего, с жесткой карикатурой английской и европейской литературы. Поток сознания с умелым использованием бессознательного и воображения разве не является мощным орудием исследователя современной науки?

Соотнесенные состояния

Полвека тому назад молодой американский физик Хью Эверетт предпринял смелую попытку сформулировать новую метатеорию квантовой механики. Он утверждал, что его концепция «соотнесенного состояния» (relative state) применима ко всем формам квантовой механики и может стать плодотворной структурой для квантизации общей теории относительности.

Концепция Эверетта не была воспринята тогдашним ученым сообществом, которое в то же время не смогло ее ни подтвердить и ни опровергнуть. Научные и философские дискуссии вокруг этой концепции продолжаются и поныне, то бурно вспыхивают, то вновь утихают. Тем не менее она продолжает будоражить научное сообщество. А литература фэнтези давно уже взяла ее на «вооружение», нисколько не задумываясь о научных, психологических и религиозных последствиях этого «явления».

Диапазон применения квантовой механики в современном мире чрезвычайно широк, законам квантовой физики подчиняется огромное число явлений и процессов. Во второй половине ХХ века квантовая механика непрерывно ветвилась на множество самостоятельных научных дисциплин, хотя и заметно разделенных между собой, но связанных единой логикой, угрожая философам отнять у них последний «кусок» творческой деятельности. От квантовой теории поля, возникшей одновременно с самой квантовой механикой, до квантовой теории процессов сознания...

Некоторые современные физики-эвереттисты склоняются к определению сознания как физического феномена, способного влиять на реальность. Сознание есть не что иное, как выбор альтернатив, а это – то же самое явление, которое в квантовой теории измерений называется редукцией состояния или селекцией альтернативы, утверждает глава российских эвереттистов профессор МГУ им. М.В.Ломоносова Менский.

К почти такому же пониманию человеческого сознания, на мой взгляд, вплотную подошел и автор «Улисса» Джеймс Джойс еще в тридцатых годах прошлого века. И не потому ли в начале XXI века индекс цитирования упомянутых работ по физике Хью Эверетта находится на таком же высоком уровне, как аналогичный индекс цитирования литературных работ Джеймса Джойса, написанных еще до появления на свет знаменитого американского физика?

Стало быть, наша душа (сознание) и наш реальный мир образуют «соотнесенные состояния», то есть они существуют сами по себе и могут взаимодействовать на равных основаниях. Воспринимаемая нами картина мира, в свою очередь, зависит от вычислительных ресурсов активных нейронов мозга, а память – единственная реальность, которой мы обладаем.

Хью Эверетт, по существу, утверждал, что человек существует в каждой компоненте многомировой суперпозиции, то есть сознание человека расслаивается на множество рядов. Оксфордский профессор Дэвид Дойч пошел дальше – он выдвинул идею множественности сознаний (many-minds interpretation). По Дойчу, многомирность не виртуальная, но актуальная многомирная реальность, и поэтому, дескать, без принятия этой концепции квантовая механика не может быть полноценной.

На мой взгляд, первооткрыватель приема потока сознания в литературе Джеймс Джойс в своих лучших произведениях, еще до рождения Эверетта и Дойча, самостоятельно вплотную подошел именно к пониманию сознания и человеческого духа в многомирном аспекте.

Я часто задумываюсь над тем очевидным фактом, что среди представителей многочисленного научного сообщества именно физики-теоретики квантовой эры с необычным интересом восприняли архисложное содержание литературных произведений Джеймса Джойса, прежде всего «Поминки по Финнегану» и «Улисса».

Хотелось бы надеяться, что мои фрагментарные рассуждения «под углом» квантовой механики вокруг ставшей обоюдно актуальной тематики «джойсизма» и «эвереттизма» подведут любознательного читателя к некоторым философским размышлениям. Они вовсе не обязательно должны совпадать с моим подходом к упомянутым проблемам. Ведь появление вдумчивых оппонентов столь же приятное явление, как и приобретение критически настроенных единомышленников.

www.ng.ru

Квантовая революция и горчичный газ

Физика элементарных частиц возникла в начале ХХ века из, казалось бы, пустяка — прикладной задачи, поставленной производителями электрических лампочек. Установив, что свет излучается порциями — квантами, физики задумались об устройстве атома, которое допускало бы такое излучение. Важнейшие открытия были сделаны уже к 1912 году, но вскоре ученым стало не до проблем атома. Начавшаяся Первая мировая война потребовала от них иных навыков: одни ушли на фронт и погибли, другие применили свои знания для разработки наиболее смертоносных видов оружия, какое знало человечество. Читайте об этом в нашем новом материале из серии «Физика ХХ века».

В конце XIX века производители лампочек обнаружили, что физики не могут теоретически объяснить, как устроен спектр излучения лампы накаливания (то есть какова яркость каждого цвета в излучаемом свете), а без этого невозможно было наладить производство лампочек, которые бы светили одинаково, подчиняясь определенному стандарту. За эту, на первый взгляд, техническую проблему решил взяться Макс Планк, занимавший в это время должность профессора теоретической физики Берлинского университета.

Монета ГДР номиналом в пять марок с портретом и формулой Макса Планка и спектр видимого света

Для объяснения спектра Планку потребовалось предположить, что нагретое тело излучает свет не непрерывно, а порциями, которые он назвал квантами. Энергия каждого кванта равна произведению числа h (позже названного постоянной Планка) и частоты света: E=hν. От частоты (точнее от длины волны, то есть расстояния между гребнями волны) как раз и зависит цвет. Сам Планк долгое время не верил в реальность световых квантов и считал свое открытие чем-то вроде математического трюка. И вообще кванты напоминали световые частицы, с которыми почти восемьдесят лет назад счастливо покончили эксперименты Юнга и Араго (о них мы рассказывали в нашем предыдущем тексте). Тем не менее, это, казалось бы, прикладное открытие, сделанное в 1900 году, привело к настоящей революции в физике.

К началу ХХ века было твердо установлено, что все тела состоят из атомов, однако как именно устроен атом, было еще неизвестно. Исаак Ньютон, величайший физик конца XVII — начала XVIII века, представлял себе атомы в виде маленьких твердых шариков, вроде бильярдных. «Мне кажется вероятным, что Бог в начале создал материю в форме твердых, массивных, непроницаемых, подвижных частиц», — писал он в 1704 году. С ним был согласен и Джеймс Клерк Максвелл, величайший физик XIX века: «Сквозь все катастрофы, которые уже случились и могут случиться на небесах <…> атомы, из которых состоят Солнце и планеты, строительный материал Вселенной, остаются целыми и невредимыми. Они сегодня такие же, как и в день, когда были созданы, не изменились ни их число, ни размеры, ни вес».

В 1897 году Джозеф Джон Томсон, английский физик-экспериментатор, руководитель организованной Максвеллом в Кембридже Кавендишской лаборатории, открыл электрон, отрицательно заряженную частицу с массой примерно в две тысячи раз меньше, чем у атома самого легкого элемента, водорода. В 1904 году Томсон предложил модель атома, известную как «пудинг с изюмом»: внутри положительно заряженного облака («пудинга»), занимающего весь объем атома, находятся отрицательно заряженные маленькие электроны («изюминки»).

Джозеф Джон Томсон и традиционный английский пудинг с изюмом

Модель Томсона продержалась недолго и уже через четыре года была опровергнута его учеником Эрнестом Резерфордом. Резерфорд родился в семье фермера и школьной учительницы в Новой Зеландии, далекой от Европы и передовых научных исследований английской колонии. Семья не имела возможности поддержать его стремление заниматься наукой, однако после окончания Новозеландского университета Резерфорд выиграл стипендию, учрежденную на доходы от Всемирной выставки 1851 года (о ней также шла речь в предыдущем тексте), которая позволила ему в 1895 году отправиться в Англию в Кавендишскую лабораторию, где он стал одним из первых не заканчивавших Кембридж сотрудников-«чужаков».

Эрнест Резерфорд и планетарная модель атома

В 1906 году Резерфорд получил место профессора в Манчестерском университете, и в 1908–1910 годах Ганс Гейгер и Эрнст Мардсен под его руководством провели серию экспериментов, показавших, что на самом деле по большей части атом состоит из пустоты, а весь положительный заряд находится в тяжелом компактном ядре в центре. По результатам этих экспериментов в 1911 году Резерфорд предложил планетарную модель: электроны движутся вокруг ядра по орбитам, как планеты вокруг Солнца.

К сожалению, эта модель имела существенный недостаток: по твердо установленным для обычных заряженных тел законам, вращающиеся вокруг ядра электроны должны были бы непрерывно излучать свет, теряя за счет этого энергию, и очень быстро упали бы на ядро. Такой атом, подчиняющийся законам классической физики, просуществовал бы меньше наносекунды!

В 1911 году молодой датский физик Нильс Бор приехал в Кембридж на стажировку в Кавендишской лаборатории под руководством Дж. Дж. Томсона. Сотрудничество не задалось с самого начала: на одной из первых встреч Бор указал Томсону на ошибку в расчетах, Томсон поручил Бору экспериментальную работу, которая того не интересовала. К тому же Бор довольно плохо знал английский, что затрудняло обсуждение возникающих проблем. К счастью для Бора, вскоре Кембридж посетил Резерфорд, который уговорил его переехать в Манчестер и заняться теорией атома. И уже в 1912 году Бор предложил радикальное решение проблемы планетарной модели.

Нильс Бор и открытая им модель атома

Бор предположил, что законы классической физики в атоме просто не выполняются. Электроны вращаются по определенным орбитам, ничего не излучая, а при перескоке электрона с одной орбиты на другую испускается планковский квант света. Частота (цвет) этого света определяется просто разностью энергий этих орбит.

Модель Бора отлично согласовывалась с экспериментальными данными о том, как атомы излучают свет, что принесло Бору всемирное признание и Нобелевскую премию по физике в 1922 году. Однако, отвергая применимость классической физики к атому, она не предлагала новых фундаментальных законов, которые бы объяснили, почему атом устроен именно так. От решения этой задачи физиков отвлекла начавшаяся в июле 1914 года Первая мировая война.

Большинство сотрудников Резерфорда отправились на фронт или занялись прикладными военными исследованиями. Сам Резерфорд приступил к разработке сонара, прибора для обнаружения подводных лодок. Нильс Бор, гражданин нейтральной Дании, был вынужден сосредоточиться на чтении лекций студентам Манчестерского университета.

Один из самых блестящих учеников Резерфорда, Генри Мозли, в серии экспериментов 1912–1914 годов смог доказать, что различные химические элементы отличаются не массой атома, как считалось раньше, а электрическим зарядом атомного ядра. По воспоминаниям Нильса Бора, только после этого работы Резерфорда и самого Бора по планетарной модели атома начали воспринимать всерьез. Сразу после объявления войны Генри Мозли, как и многие другие молодые британцы, записался добровольцем в армию и был убит в возрасте 27 лет в сражении при Галлиполи, неудачной попытке англо-французских войск захватить Константинополь. Американский нобелевский лауреат по физике Роберт Милликен считал, что одна только смерть Мозли сделала Первую мировую войну одним из самых ужасных и непоправимых преступлений в истории.

Конечно, и XIX век в Европе не был мирным. Он начался с наполеоновских войн, затем были Крымская война, война за объединение Италии, австро- и франко-прусские войны и несколько менее масштабных конфликтов. Эти войны длились не более двух лет каждая и приводили к смерти сотен тысяч человек (хотя наполеоновские войны велись с 1800 по 1815 год, они на самом деле состояли из череды одно-двухлетних конфликтов, после которых участники мирились, восстанавливали экономику и армию и переформатировали коалиции).

Первая мировая война, начавшаяся после долгих 43 лет мира в Европе, длилась четыре года, унесла жизни более 10 миллионов солдат и сильно подорвала экономику большинства участников, что привело к революциям в Германской и Российской империях и распаду Османской и Австро-Венгерской империй.

Одной из причин такой разрушительности Первой мировой был технический прогресс. Новые технологии использовались и в войнах XIX века. Так, президент Авраам Линкольн с помощью телеграфа прямо из Вашингтона управлял боевыми действиями на всех театрах Гражданской войны в США, а одной из важных причин сокрушительной победы Пруссии над Францией в войне 1870-71 годов считается четкая работа германских железных дорог, которая позволяла быстро доставлять солдат к нужной точке границы.

Однако именно в Первую мировую в небе появилась боевая авиация, в море боевым и торговым кораблям стали угрожать подводные лодки, а войну на суше полностью изменил пулемет. Из-за убийственной эффективности пулеметов атаки на укрепленные позиции приводили к огромным потерям, и уже к концу 1915 года фронт стабилизировался на огромной территории от Балтийского до Черного моря, во Франции, Бельгии, на Балканах и на Кавказе. Почти все свое время солдаты стали проводить в окопах, все меньше понимая, за что они сражаются.

Хаим Вейцман, изобретатель и президент

Одним из ярких примеров возросшего во время войны влияния ученых является Хаим Вейцман. Вейцман родился в 1874 году в небольшом селе Мотоль недалеко от Пинска в Российской империи. После учебы в Пинске, Дармштадте и Берлине и защиты диссертации по органической химии во Фрибургском университете в Швейцарии он смог получить позицию старшего преподавателя в Манчестерском университете, где подружился с Резерфордом.

Объявление войны застало Вейцмана с женой и сыном на пути в Швейцарию, где они собирались провести отпуск. После возвращения домой в Манчестер Вейцман обнаружил на своем рабочем столе циркуляр из Британского Военного кабинета, где всем ученым, обладающих изобретениями с потенциальным военным значением, предлагалось немедленно сообщить об этом. Вейцману было что сообщить! Перед войной он работал над созданием синтетической резины и открыл бактерию Clostridium acetobutylicum (теперь ее часто называют организмом Вейцмана), которая способна перерабатывать зерно в этиловый спирт, ацетон и бутанол, из которого и удалось получить синтетическую резину.

Однако во время войны особое значение приобрел побочный продукт, ацетон, который был необходим для производства бездымного пороха кордита, использовавшегося на британских военных кораблях. Изобретением Вейцмана заинтересовались первый лорд Адмиралтейства и будущий премьер-министр Уинстон Черчилль и министр вооружений и также будущий премьер-министр Дэвид Ллойд-Джордж. Они попросили Вейцмана перейти от лабораторных экспериментов к промышленному производству ацетона, с чем он успешно справился, увеличив производство с нескольких сотен граммов до 30 тысяч тонн к концу войны. Такое массовое производство стало влиять на рынок зерна, в связи с чем все британские школьники были отправлены на сбор конских каштанов, которые также могли служить сырьем в процессе Вейцмана.

Ллойд-Джордж сообщил Вейцману, что попросит короля Георга V наградить Вейцмана. Тот ответил, что ему не нужно ничего для себя лично, но он бы хотел что-то сделать для своего народа. В 1917 году, благодаря в том числе усилиям Вейцмана, была опубликована декларация Бальфура, письмо от имени английского правительства представителю британской еврейской общины барону Ротшильду, составленное министром иностранных дел Артуром Бальфуром, в котором сообщалось: «Правительство Его Величества с одобрением рассматривает вопрос о создании в Палестине национального очага для еврейского народа, и приложит все усилия для содействия достижению этой цели…»

Идея о создании еврейского национального очага активно обсуждалась в начале 20 века, однако далеко не всем было очевидно, что этот очаг должен быть создан именно в Палестине. В частности, в 1903 году был предложен план «Уганда» — создание еврейского государства в Африке на территории современной Кении. По воспоминаниям Вейцмана, у них с Бальфуром состоялся такой разговор: — Мистер Бальфур, предположим, я предложил бы вам Париж вместо Лондона, вы согласились бы?— Но, доктор Вейцман, у нас есть Лондон.— Верно. Однако Иерусалим был у нас еще тогда, когда на месте Лондона было болото.

Несмотря на то, что по итогам Первой мировой войны Великобритания получила мандат на управление Палестиной, из-за недовольства арабского населения декларация Бальфура практически не заработала и на иммиграцию евреев в Палестину были установлены жесткие квоты. Тем не менее, после Второй мировой войны в 1947 году на территории Палестины было провозглашено государство Израиль и Хаим Вейцман был избран его первым президентом.

22 апреля 1915 года Германия попыталась переломить эту ситуацию, распылив вблизи позиций французских войск около бельгийского города Ипр больше 150 тонн хлора. Результаты первого в истории успешного применения химического оружия были ужасающими. Газета «Таймс» передавала слова очевидца: «Лица, руки людей были глянцевого, серо-черного цвета, рты открыты, глаза покрыты свинцовой глазурью, все вокруг металось, кружилось, борясь за жизнь. Зрелище было пугающим, все эти ужасные почерневшие лица, стенавшие и молящие о помощи… Воздействие газа заключается в заполнении легких водянистой слизистой жидкостью, которая постепенно заполняет все легкие, вызывая удушение, вследствие чего люди умирали в течение одного или двух дней».

Руководил атакой директор берлинского Института физической химии и электрохимии Фриц Габер. Габер родился в еврейской семье, однако в 22 года перешел из иудаизма в лютеранство, вероятно, чтобы избежать трудностей в научной карьере. Он ощущал себя немецким патриотом и считал свой проект по разработке боевых отравляющих газов, за который получил чин капитана (беспрецедентный в Германской империи случай армейской карьеры для ученого!), необходимым вкладом в победу Германии в войне.

В действительности вскоре были разработаны достаточно эффективные средства защиты и количество жертв химического оружия в Первой мировой войне составляло не более 5 процентов от всех убитых. Тем не менее, ужасные мучения при отравлении газом, а также невидимость смертельной опасности (вскоре вместо желто-зеленого хлора стали применяться бесцветные фосген и горчичный газ) вызывали панику.

Главным научным достижением Габера было изобретение эффективного и дешевого способа получения аммиака из атмосферного азота, который является сырьем для производства удобрений и взрывчатых веществ. До открытия Габера практически единственным источником азотного сырья были залежи нитрата натрия в Чили, и нарушение поставок из Южной Америки вследствие действий английского флота грозило оставить германскую армию без боеприпасов. Но более существенно то, что это изобретение сделало гораздо более доступными азотные удобрения и послужило одной из основных причин шестикратного увеличения населения Земли в течение ХХ века. В 1918 году Габеру, к возмущению большинства европейских ученых, была присуждена Нобелевская премия по химии.

Когда сотрудник Габера Отто Ган поинтересовался, как он относится к тому, что использование ядовитых газов является нарушением Гаагской конвенции о правилах ведения войны, Габер ответил, что французы использовали слезоточивый газ еще в 1914 году (правда, без особого эффекта) и, главное, разработка более эффективного оружия — это возможность быстро выиграть войну и избежать новых жертв. Позже он отмечал: «Поначалу англичане были крайне удивлены тем, что мы нарушили Гаагскую конвенцию. Однако с 1916 года они применяли не меньше ядовитых веществ, чем мы».

Фриц Габер и Клара Иммервар

Жена Габера, Клара Иммервар, одна из первых женщин, получивших в Германии докторскую степень по химии, была категорически несогласна с деятельностью мужа и выстрелила в себя из его служебного пистолета. Фриц Габер не смог присутствовать на похоронах, поскольку на следующее утро после самоубийства был отправлен на Восточный фронт, чтобы организовать новую химическую атаку против русских войск.

Британские пехотинцы на учениях в условиях применения химического оружия.

Евгений Гельфер

nplus1.ru

Практика сверхвозможностей человека. Эзотерика и переворот в Квантовой физике.

Всё началось с того, что я начал замечать, как быстро человек привыкает к любой информации, которая формирует его систему верования и мировоззрения. Как правило, сложно переубедить человека, если он свято верит в то, что он для себя выбрал. А если ещё и есть некие результаты - сдвинуть его мировоззрение просто невозможно. Да и нужно ли? Ведь у каждого свой уровень развития, свой путь.

Меня предупредили, что человек достаточно эксцентричный или, мягко говоря - специфический. Я сразу вспомнил фотографию Эйнштейна. И был не далёк от истины этого образа. Я договорился о встрече у него дома, вооружившись тетрадкой и ручкой.

И что мне нужно связать эзотерику с наукой.

Ведь, как утверждают разные источники - в древних цивилизациях магия, религия, наука, медицина, философия - это всё была одна наука.

Но это всё цветочки.

Уважаемые читатели, я не собираюсь кого-то в чём-то убеждать. Окажется он прав и перевернёт квантовую физику, что повлечёт пересмотр взглядов всех и вся или нет - покажет время. Но я понял из, казалось бы, не связанных между собой ситуаций, несколько вещей:

Нет абсолютной истины, есть бесконечное развитие. Есть необъяснимые вещи и законы, которые просто работают без логического объяснения. Нужно держать «сознание» открытым, чтобы не топтаться на одном месте. Система верования и мировоззрения может изменяться, иногда, очень резко. Всю информацию нужно доказывать и опровергать одновременно - это и есть процесс эволюции.

Источник: http://evospirit.com/?p=300

С Уважением, Кирилл Громов.

planetaseminarov.ru

Мир на пороге «квантовой революции»?

Квантовые компьютеры могут — теоретически — обогнать по производительности существующие традиционные суперкомпьютеры. Есть мнение, что именно квантовые компьютеры позволят совершить прорыв во множестве отраслей, решая такие задачи, как создание химических катализаторов или моделирование чрезвычайно сложных систем (это важно для контроля климата, например). Однако до сих пор созданные устройства недостаточно мощные и работают не так стабильно, как хотелось бы.

Представители Google утверждают, что в ближайшее время всё изменится. Слова звучат громкие — наступает «заря квантовой вычислительной эры». Работающий в Калифорнийском технологическом институте профессор Джон Прескилл (John Preskill) придумал термин, подхваченный журналистами и маркетологами — «квантовое превосходство» (quantum supremacy). Но что стоит за красивыми словами?

Действительно, работы по созданию квантовых вычислительных систем ведутся. О создании очередного сверхпроводникового чипа сообщила недавно корпорация Intel. Разработки ведут IBM, Microsoft, Google (с недавних пор — часть холдинга Alphabet Inc.), D-Wave Systems Inc. — канадская компания, причём она не только произвела, но и продала (в количестве четырёх штук) «коммерческие» квантовые компьютеры. К разработкам привлекаются специалисты государственных и частных НИИ, университетов. Принять участие в гонке стремятся не только гиганты — появляются и находят финансирование стартапы (например, Rigetti Computing).

Чтобы квантовые компьютеры заработали в полную силу, требуются не только машины, но и программы для них. В октябре 2017 года Google выпустила программное обеспечение, позволяющие химикам и материаловедам использовать квантовые машины для решения специфических задач.

Активность ведущих компаний и восторг авторитетных учёных, разумеется, замечены инвесторами. Компании получают немалые деньги для финансирования проектов, связанных с развитием квантовых технологий.

Квантовый компьютер IBM.

Но всё ли так хорошо, как нам хочется? Звучат и голоса скептиков, которые опасаются, что обещания представителей компаний и шумиха в прессе приведут к завышенным ожиданиям относительно возможностей технологии. Не получив обещанных благ, люди будут разочарованы, а инвестиции не окупятся.

«Если вы никогда не слышали фразу о «квантовом превосходстве» раньше, то можете подумать, что мы вступили в период, когда квантовый компьютер будет делать всё лучше, чем обычный компьютер, а это далеко не так, — замечает Саймон Бенджамин (Simon Benjamin), профессор квантовых технологий в Оксфордском университете (University of Oxford). — Мы не можем поставить квантовый компьютер на стол, чтобы он сделал что-то полезное, чего не могут сделать другие компьютеры».

На сегодняшний день производительность квантовых компьютеров не только не превышает производительность суперкомпьютеров, многие задачи они решают хуже, чем обычный ноутбук.

Первая проблема существующих квантовых компьютеров — они не очень большие. Да, машины D-Wave Systems состоят из более чем 2 тысяч кубитов (и идёт разработка 4000-кубитной модели), но это очень специализированные устройства и могут использоваться для решения немногих и весьма специфических задач.

Google планирует достичь квантового превосходства с помощью машины, которая будет иметь либо 49, либо 50 кубитов — об этом сообщила руководитель подразделения по связям с общественностью компании Чарина Чой (Charina Choi). Это уже достаточно много, чтобы делать что-то, недоступное традиционному компьютеру.

Или нет? Представители IBM вскоре после заявления конкурента сообщили, что им удалось имитировать работу 56-кубитовой системы на обычной машине (разумеется, речь идёт о суперкомпьютере — используется «Вулкан», установленный в Ливерморской национальной лаборатории). Такая имитация работает на несколько порядков медленнее квантового компьютера, но работает достаточно стабильно, чтобы на ней можно было проверять точность работы квантовой машины.

Дело в том, что у квантовых компьютеров есть ещё одна большая проблема: кубиты неустойчивы. Они не могут оставаться в квантовом состоянии долго (для кубитов на основе сверхпроводников речь о десятках микросекунд; на основе ионных ловушек — рекорд составляет 10 минут). Из-за этого в системе накапливаются ошибки, и чем больше кубитов, тем больше ошибок. Такие ошибки могут быть исправлены либо с помощью дополнительных кубитов, либо программно, но это требует так много вычислительной мощности, что преимущества использования квантового компьютера исчезают.

Известно, что Microsoft активно работает над созданием принципиально новой конструкции квантового компьютера, которая по своей природе будет менее подвержена ошибкам. Но она основана на субатомных частицах, в существовании которых не уверены даже некоторые физики, так что, вероятно, пройдут годы, прежде чем машина заработает и появится на рынке.

Традиционные компьютеры ещё долгие годы будут выполнять основную массу вычислений. Саймон Бенджамин предполагает, что настоящего квантового превосходства в ближайшие десять лет не наступит. И высказывает опасение, что это десятилетие окажется чёрной дырой для денег инвесторов — и отток инвестиций ещё более затормозит наступление «квантовой эры». Такое уже было с технологиями ИИ — ажиотаж 1970-х сменился долгим затишьем в отрасли и заметный рост начался только в 1990-е.

22century.ru

Первая квантовая революция. Мальчишеская физика: lana_artifex

"Задача состоит не столько в том, чтобы увидеть то, что никто еще не видел - скорее в том, чтобы думать то, что еще никто не думал, о том, что видят все" (Э. Шрёдингер)

"Знаешь, очень трудно говорить о квантах на языке, изначально предназначенном для того, чтобы одна обезьяна могла сообщить другой, где висит спелый плод." (Лю Цзе, Монах Времени)

Квант. Это слово одновременно завораживает и сбивает с толку. В зависимости от точки зрения это или свидетельство обширных успехов науки, или символ ограниченности человеческой интуиции, которая постоянно должна бороться с неотвратимой странностью субатомной сферы. Для физика квантовая механика - одна из 3х великих опор, на которых покоится понимание природы (2 другие - общая и специальная теории относительности). Теории Эйнштейна имеют дело с природой пространства-времени и гравитацией, а квантовая механика занимается всем остальным, являясь в то же время одним из разделов атомной физики. Квантовая теория — наверное лучший пример , как бесконечно сложное для понимания большинства людей становится незаменимым.

Самый яркий пример этого - транзистор, впервые созданный в 1947 г. В наши дни ежегодно производится более 100 млрд (!) транзисторов, что в 100 раз больше, чем число рисовых зёрен, поглощаемых ежегодно всеми жителями Земли. Первый в мире транзисторный комп был собран в 1953 г. в Манчестере и содержал 92 транзистора. Сегодня можно купить более 100000 транзисторов по цене одного зерна риса, а в мобильном телефоне транзисторов около миллиарда.

Термин "квант" появился в физике в 1900 г. благодаря работам Планка. Однако Э. Резерфорд называл началом квантовой революции 1896 г. — именно тогда А. Беккерель в своей парижской лаборатории открыл радиоактивность. Беккерель пытался с помощью соединения урана получить рентгеновские лучи,, которые буквально за несколько месяцев до этого открыл В. Рентген. Вместо этого оказалось, что соединения урана испускают урановые лучи, которые способны засвечивать фотографические пластины, даже если те завёрнуты в толстый слой бумаги, через который не проникает свет. В радиоактивном распаде, объяснявшем открытый эффект, самым загадочным было то, что лучи, казалось, испускаются самопроизвольно и непредсказуемо, без какого-либо внешнего воздействия. Такое хаотическое поведение элементов микромира стало шоком, т.к. до этого наука была полностью детерминистской. т.е., если в определённый момент известно всё о каком-то предмете, то считалось, что можно с уверенностью предсказать будущее этого предмета. Отмена этого вида предсказательности — ключевая черта квантовой теории, имеющей дело с возможностью, а не с уверенностью, т.к. некоторые аспекты природы управляются законами случая. Поэтому физикам давно пришлось смириться с фактом того, что просто невозможно предсказать, когда именно конкретный атом распадётся. Радиоактивный распад — это первая встреча науки с игрой природы в кости, поэтому он много лет смущал физиков.

В 1874 году 16-летний выпускник гимназии Макс Планк стоял перед непростым выбором: посвятить жизнь музыке или физике. Его отец хотел, чтобы Макс продолжил юридическую династию. Он устроил сыну встречу с профессором Филиппом фон Жолли, попросив того остудить интерес наследника к физике. Как писал Планк в своих мемуарах, Жолли «изобразил физику как высокоразвитую, едва ли не полностью исчерпавшую себя науку, которая близка к тому, чтобы принять окончательную форму...». Такого мнения в конце XIX века придерживались многие. Но Планк все же выбрал физику и оказался у истоков величайшей революции в этой науке.

В апреле 1900 года физик лорд Кельвин, в честь которого теперь названа шкала абсолютных температур, заявил на лекции, что красоту и чистоту здания теоретической физики омрачает лишь пара «темных облачков» на горизонте: неудачные попытки обнаружить мировой эфир и проблема с объяснением спектра излучения нагретых тел. Но не успел закончиться год, а с ним и XIX столетие, как Планк решил проблему теплового спектра, введя понятие кванта — минимальной порции лучистой энергии. Идея о том, что энергия может испускаться только фиксированными порциями, подобно пулям из автомата, а не воде из шланга, шла вразрез с представлениями классической физики и стала отправной точкой на пути к квантовой механике.

Работа Планка стала началом цепочки очень странных открытий, которые сильно изменили устоявшуюся физическую картину мира. Объекты микромира — молекулы, атомы и элементарные частицы — отказывались подчиняться математическим законам, отлично зарекомендовавшим себя в классической механике. Электроны не хотели обращаться вокруг ядер по произвольным орбитам, а удерживались только на определенных дискретных энергетических уровнях, неустойчивые радиоактивные атомы распадались в непредсказуемый момент без каких-либо конкретных причин, движущиеся микрообъекты проявлялись то как точечные частицы, то как волновые процессы, охватывающие значительную область пространства.

Привыкнув со времен научной революции XVII века к тому, что математика — это язык природы, физики устроили настоящий мозговой штурм и к середине 1920-х годов разработали математическую модель поведения микрочастиц. Теория, названная квантовой механикой, оказалась самой точной среди всех физических дисциплин: до сих пор не обнаружено ни единого отклонения от ее предсказаний (хотя некоторые из этих предсказаний получаются из математически бессмысленных выражений вроде разности двух бесконечных величин)). Но вместе с тем точный смысл математических конструкций квантовой механики практически не поддается объяснению на обыденном языке.

Пример - принцип неопределенности, одно из фундаментальных соотношений квантовой физики. Из него следует, что чем точнее измерена скорость элементарной частицы, тем меньше можно сказать о том, где она находится, и наоборот. Будь автомобили квантовыми объектами, водители не боялись бы фоторегистрации нарушений. Стоило измерить скорость машины радаром, как ее положение становилось бы неопределенным, и она наверняка не попадала бы в кадр. А если бы, наоборот, на снимке зафиксировалось ее изображение, то погрешность измерения на радаре не позволила бы определить скорость.

Достаточно безумная теория

Вместо привычных координат и скоростей квантовую частицу описывают так называемой волновой функцией. Она входит во все уравнения квантовой механики, но ее физический смысл так и не получил вразумительного истолкования. Дело в том, что ее значения выражены не обычными, а комплексными числами, и вдобавок недоступны для непосредственного измерения. Например, для движущейся частицы волновая функция определена в каждой точке бесконечного пространства и меняется во времени. Частица не находится ни в какой конкретной точке и не перемещается с места на место, как маленький шарик. Она словно бы размазана по пространству и в той или иной мере присутствует сразу везде, где-то концентрируясь, а где-то сходя на нет.

Взаимодействие таких «размазанных» частиц еще более усложняет картину, порождая так называемые запутанные состояния. Квантовые объекты при этом образуют единую систему с общей волновой функцией. С ростом числа частиц сложность запутанных состояний быстро растет, и понятия о положении или скорости отдельной частицы лишаются всякого смысла. Размышлять о таких странных объектах крайне трудно. Человеческое мышление тесно связано с языком и наглядными образами, которые сформированы опытом обращения с классическими предметами. Описание поведения квантовых частиц на непригодном для этого языке приводит к парадоксальным утверждениям. «Ваша теория безумна, — сказал как-то Нильс Бор после доклада Вольфганга Паули. — Вопрос лишь в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной». Но без корректного описания явлений на разговорном языке тяжело вести исследования. Физики часто осмысляют математические конструкции, уподобляя их простейшим предметам из обыденной жизни. Если в классической механике 2000 лет искали математические средства, подходящие для выражения повседневного опыта, то в квантовой теории сложилась прямо противоположная ситуация: физики остро нуждались в адекватном словесном объяснении отлично работающего математического аппарата. Для квантовой механики требовалась интерпретация, то есть удобное и в целом корректное объяснение смысла ее основных понятий.

(И, т.к. "ветераны" ЖЖ много предупреждали меня по поводу объема статей (объём обратно пропорционален количеству желающих прочесть), приведу коротко ещё пару интересных фактов о пионерах квантовой теории — Шрёдингере, Гейзенберге, Паули и Дираке)

Историки науки потратили немало усилий, пытаясь выяснить в точности, где был и чем занимался Шрёдингер, когда открыл свое знаменитое уравнение, навсегда изменившее современную физику и химию. Оказалось, что Шредингер был сторонником свободной любви и на отдых часто ездил с женой и любовницами. Он также вел подробный дневник, в который заносил всех своих многочисленных любовниц и сложным шифром обозначал каждую встречу. В настоящее время считается, что те выходные, когда было открыто уравнение, Шредингер провел в Альпах, на вилле с одной из своих подружек.) Хотя Шрёдингер и записал правильное уравнение волновой функции, вначале он дал ему неверное толкование. Лишь М. Борн (не путать с Бором и Бомом) дал верную интерпретацию уравнения в статье, вышедшей спустя всего 4 дня после работы Шрёдингера).

. В середине 1920х г.г. квантовая теория имела прозвище Knabenphysic — "мальчишеская физика", т.к. многие из её ключевых деятелей были очень молоды:Гейзенбергу в 1925 г. было 23 (!), В. Паули (автор знаменитого "принципа Паули") — 22, как и П. Дираку (первым вывел уравнение, верно описывающее электрон). Часто говорят, что молодость освободила их от старых способов мышления и позволила полностью "отдаться" радикально новой картине мира, которую предоставила квантовая теория. В этой компании 38-летний Шрёдингер был стариком, и он действительно так до конца и не освоился с той теорией, в разработке которой сыграл ключевую роль.

Т.о, в 20х годах новому поколению физиков предстояло ответить на целый ряд принципиальных вопросов: каково реальное устройство квантовых объектов? Фундаментальна ли неопределенность их поведения, или она лишь отражает недостаточность наших знаний? Что происходит с волновой функцией, когда прибор регистрирует частицу в определенном месте? Какая роль наблюдателя в процессе квантового измерения?

Постепенно физикам в поисках ответов приходилось поневоле расширять себе сознание, и это вело к неизбежному (цитирую Лурк) "волносрачу, квантосрачу и грависрачу", что уже частично было описано в предыдущих постах.

lana-artifex.livejournal.com