Коллектив авторов - Квантовый мир. Невероятная теория в самом сердце мироздания

Для Уилера это означало, что Вселенная на самом деле не может существовать в любом физическом смысле – даже в прошлом, – пока мы ее не измерим. И то, что мы делаем в настоящем, влияет на то, что случилось в прошлом, – и в принципе на события во всех временах вплоть до начала Вселенной. Если он прав, то Вселенная не существует во всех отношениях, пока мы и другие сознательные сущности не начинаем ее наблюдать.

Своеобразие квантового мира настолько невероятно, что идея его существования благодаря нам кажется почти разумной.

«Я верю во внешнюю физическую реальность за моим собственным опытом, – говорит Йоханн Кофлер из Института квантовой оптики общества Макса Планка г. Гархинга (Германия). – Мир там без меня, и был там до меня, и будет там после меня».

Учитывая то, что мы знаем о квантовой физике, это кажется смелым утверждением. Нападок, которые эта самая фундаментальная теория реальности совершает на нашу интуицию, множество. Для Эфраима Штейнберга из Университета Торонто (Канада) работа с такими беспокоящими концепциями – что-то вроде переобучения мозга. «Сколько мы говорим о “контринтуитивности” квантовой механики, столько же мы подразумеваем, что она противоречит той интуиции, которой мы обладали до того, как изучали квантовую механику», – говорит он. В конце концов, мы тоже не очень хорошо разбираемся в прогнозирующих элементах классической реальности: сколько из нас искренне сказали бы, что перья и кирпичи падают с одинаковым ускорением под действием тяжести?

В квантовой физике, однако, не помогает тот смутный факт, что величины, используемые для описания объектов, существуют лишь математически. Визуализация волновой функции как реального объекта хороша для одиночной частицы, но все очень быстро усложняется. «Как только вы говорите о нескольких частицах, волновая функция живет в некотором пространстве с большим числом измерений, которое я понятия не имею как визуализировать, – говорит Штейнберг. Ему приходится разбивать сложную квантовую систему на части. – Но они являются всего лишь способами отказа от абстрактного математического объекта, предоставляющего, как я знаю, полное описание».

Однако если на более фундаментальном уровне мы полностью доверяем квантовой физике, то должны отказаться по крайней мере от одного из двух наиболее важных принципов классического мира. Один из них – реализм, идея, согласно которой каждый объект обладает свойствами, существующими без наших измерений. Другой – это принцип локальности, утверждающий, что ничто во Вселенной не может влиять на что-то другое мгновенно, то есть быстрее скорости света.

Для большинства квантовых физиков, с учетом всех свидетельств того, что космический предел скорости никогда не преодолевается, это будет реализм.

Может показаться, что со всеми своими странными свойствами квантовая механика не имеет почти никакого отношения к повседневной жизни, но на самом деле все наоборот. Практические применения квантовой теории преобразили мир. Почти все современные гаджеты – компьютеры, мобильные телефоны, игровые консоли, машины – содержат микросхемы памяти, основанные на транзисторе, принцип работы которого опирается на квантовую механику полупроводников. Лазеры, имеющие широкое применение в хранении данных, печати, коммуникациях и производстве, также основаны на квантовых свойствах.

Вы окружены транзисторами. Они в ваших компьютерах, в ваших телефонах и в ваших бытовых приборах. Около 3 секстиллионов транзисторов (то есть 3 x 10 21 ) было изготовлено с того момента, как технология впервые была разработана в 1947 году, – это 428 миллиардов на каждого человека на Земле.

Транзистор, по сути, является куском полупроводникового материала, находящимся между двумя электродами и действующим как выключатель. Последующий электрод дает импульс напряжения, «включая» этот выключатель и позволяя току проходить через транзистор. Транзисторы используются не только для усиления электрических сигналов, например радиоволн, перехваченных антенной, но и как электронные переключатели. Сети из этих переключателей могут образовывать логические цепи, контролирующие электронные приборы или управляющие информацией в вашем компьютере.

В конечном счете работа транзистора определяется управлением переходов электронов между разными энергетическими уровнями в атомах полупроводниковых материалов. На фундаментальном уровне этот процесс основан на поведении квантового характера.