Квантовая теория
Квантовая механика представляет СЃРѕР±РѕР№ систему понятий, предназначенную для понимания свойств РјРёРєСЂРѕРјРёСЂР°. Точно так же, как специальная Рё общая теории относительности потребовали решительного пересмотра нашего взгляда РЅР° РјРёСЂ для случая объектов, которые движутся очень быстро или имеют очень большую массу, квантовая механика установила, что наша Вселенная имеет такие же, если РЅРµ еше более поразительные свойства, если исследовать ее РІ масштабе атомных Рё субатомных расстояний. Р’ 1965 Рі. Ричард Фейнман, РѕРґРёРЅ РёР· величайших специалистов РІ области квантовой механики, писал: «Было время, РєРѕРіРґР° газеты сообщали, что только двенадцать человек понимают теорию относительности. РЇ РЅРµ верю, что такое время РєРѕРіРґР°-либо было. Могло быть время, РєРѕРіРґР° ее понимал только РѕРґРёРЅ человек, тот самый парень, который схватил ее суть перед тем, как написать СЃРІРѕСЋ статью. РќРѕ после того как люди прочитали его статью, масса людей стала так или иначе понимать теорию относительности, Рё СѓР¶ точно число этих людей превышало двенадцать. РЎ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны, СЏ думаю, что РјРѕРіСѓ совершенно СЃРїРѕРєРѕР№РЅРѕ сказать, что квантовую механику РЅРµ понимает никто»1).
Хотя Фейнман высказал СЃРІРѕСЋ точку зрения более тридцати лет назад, РѕРЅР° остается справедливой Рё сегодня. РћРЅ имел РІ РІРёРґСѓ следующее: хотя специальная Рё общая теории относительности потребовали волнующего пересмотра нашего видения РјРёСЂР°, после того, как РІС‹ полностью примете лежащие РІ РёС… РѕСЃРЅРѕРІРµ фундаментальные принципы, РІСЃРµ новые Рё необычные следствия этих теорий для пространства Рё времени РјРѕРіСѓС‚ быть получены непосредственно путем логических рассуждений. Если РІС‹ достаточно интенсивно поработаете над выводами Рйнштейна, приведенными РІ предыдущих РґРІСѓС… главах, РІС‹ сможете хотя Р±С‹ РЅР° короткое время понять неизбежность сделанных РёРј заключений. РќРµ так обстоит дело СЃ квантовой механикой. Примерно Рє 1928 Рі. уже было установлено множество математических формул Рё законов квантовой механики. Затем СЃ РёС… помощью неоднократно делались самые точные Рё успешные РІ истории науки количественные предсказания. Однако РЅР° самом деле те, кто использует квантовую механику, просто следуют формулам Рё правилам, установленным «отцами-основателями» теории, Рё четким Рё недвусмысленным вычислительным процедурам, РЅРѕ без реального понимания того, почему эти процедуры работают, или что РѕРЅРё РІ действительности означают. Р’ отличие РѕС‚ теории относительности едва ли найдется РјРЅРѕРіРѕ людей, если такие найдутся вообше, кто СЃРјРѕРі понять квантовую механику РЅР° «интуитивном» СѓСЂРѕРІРЅРµ.
Что же нам предпринять РІ такой ситуации? Означает ли это, что РІ масштабах РјРёРєСЂРѕРјРёСЂР° Вселенная функционирует столь непонятным Рё непривычным образом, что человеческое мышление, привыкшее РІ течение тысячелетий иметь дело СЃ явлениями, протекающими РІ обычном, макроскопическом масштабе, неспособно РґРѕ конца понять то, «что РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ РІ действительности»? Рли, быть может, РїРѕ какой-то исторической случайности, физики создали чрезвычайно уродливую формулировку квантовой механики, которая оказалась успешной СЃ точки зрения количественных предсказаний, РЅРѕ маскирует истинную сущность РїСЂРёСЂРѕРґС‹? Ртого РЅРµ знает никто. Может быть, РєРѕРіРґР°-РЅРёР±СѓРґСЊ РІ будущем появится более талантливый исследователь, который предложит РЅРѕРІСѓСЋ формулировку, СЏСЃРЅРѕ отвечающую РЅР° РІСЃРµ «почему» Рё «как» квантовой механики. Рђ может Рё РЅРµ появится. Единственное, что РјС‹ знаем наверняка, это то, что квантовая механика совершенно СЏСЃРЅРѕ Рё недвусмысленно показывает, что СЂСЏРґ фундаментальных концепций, имеющих существенное значение для понимания того РјРёСЂР°, СЃ которым РјС‹ сталкиваемся РІ повседневной жизни, полностью теряет РІСЃСЏРєРёР№ смысл РїСЂРё переходе Рє РјРёРєСЂРѕРјРёСЂСѓ. Р’ результате, пытаясь понять Рё объяснить Вселенную РЅР° атомном Рё субатомном СѓСЂРѕРІРЅСЏС…, РјС‹ должны кардинально менять наш язык Рё логику рассуждений.
В последующих разделах мы рассмотрим основы этого языка и опишем ряд удивительных результатов, к которым ведет его применение. Если по ходу изложения квантовая механика покажется вам в целом странной и нелепой, вы должны вспомнить о двух ве-
66ВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВ Часть II. Дилемма пространства, времени Рё квантов
щах. Р’Рѕ-первых, РїРѕРјРёРјРѕ того, что это математически корректная теория, единственная причина, РїРѕ которой РјС‹ доверяем квантовой механике, состоит РІ том, что ее предсказания подтверждаются СЃ поразительной точностью. Если кто-то сможет рассказать вам СЃРѕ всеми мучительными подробностями массу самых сокровенных историй РёР· вашего детства, трудно будет РЅРµ поверить, что это ваш давно пропавший брат (или сестра). Р’Рѕ-вторых, РІС‹ РЅРµ РѕРґРёРЅРѕРєРё РІ такой реакции РЅР° квантовую механику. РЎС…РѕРґРЅРѕР№ точки зрения придерживалось, РІ большей или меньшей степени, немало уважаемых физиков. Рйнштейн отказывался признать квантовую механику. Рдаже Нильс Бор, РѕРґРёРЅ РёР· первооткрывателей квантовой механики, однажды заметил, что если РІС‹ РЅРёРєРѕРіРґР° РЅРµ чувствуете себя ошеломленным, РєРѕРіРґР° размышляете Рѕ квантовой механике, значит, РІС‹ РЅРµ понимаете ее РїРѕ-настоящему.