Hugh Everett, desigur, a încercat să discute teoria lui „multe lumi” cu alți fizicieni, dar a primit doar surpriză sau indiferență ca răspuns. Un fizician, Bryce DeWitt de la Universitatea din Texas, chiar a vorbit împotriva teoriei lui Everett, spunând: „Nu mă pot simți despărțit”. Dar această reacție i-a amintit lui Everett de reacția criticilor lui Galileo, care au spus că nu simt mișcarea Pământului. (De-a lungul timpului, Devitt a dezertat de partea lui Everett și a devenit unul dintre principalii susținători ai acestei teorii.)

Timp de câteva decenii, teoria multor lumi a rămas în obscuritate. Pur și simplu părea prea fantastică pentru a fi adevărată. John Wheeler, consultantul lui Everett la Princeton, a concluzionat în cele din urmă că conceptul avea prea mult „bagaj în exces”. Dar la un moment dat, teoria lui Everett a devenit brusc la modă și acum se bucură de un interes serios pentru lumea fizicii. Cert este că fizicienii încearcă în prezent să aplice teoria cuantică în ultimul domeniu care a rămas până acum „necuantificat”: universul însuși. Iar încercarea de a aplica principiul incertitudinii întregului Univers ca întreg aduce în mod natural la viață conceptul de Multivers.

Conceptul de „cosmologie cuantică” la prima vedere pare a fi contradictoriu din punct de vedere terminologic: la urma urmei, teoria cuantică se ocupă de lumea minusculă a atomilor, în timp ce cosmologia se ocupă de Universul ca întreg. Dar luați în considerare acest lucru: la momentul Big Bang, universul era mult mai mic decât un electron. Orice fizician va fi de acord că electronul ar trebui luat în considerare din punctul de vedere al teoriei cuantice; aceasta înseamnă că electronul este descris printr-o ecuație de undă probabilistică (ecuația Dirac) și poate exista în mai multe stări paralele. Dar dacă electronul ar trebui cuantificat, iar Universul a fost odată mai mic decât electronul, atunci Universul trebuie să fie și cuantificat și să existe în stări paralele. Prin urmare, această teorie duce în mod natural la ideea unei pluralități de lumi.

Cu toate acestea, interpretarea de la Copenhaga a lui Niels Bohr aplicată întregului univers se confruntă cu dificultăți serioase. În general, interpretarea de la Copenhaga, deși este predată în fiecare curs absolvent de mecanică cuantică, are nevoie de un „observator” ale cărui observații provoacă de fapt prăbușirea funcției de undă. Se pare că pentru a fixa macrolumea într-o anumită stare, procesul de observare este absolut necesar. Dar cum poate cineva să fie „în afara” Universului și să observe Universul din exterior? Dacă Universul este descris de o anumită funcție de undă, atunci cum poate un observator „din exterior” să determine o stare specifică a Universului și să forțeze această funcție să se prăbușească? Mai mult decât atât, unii oameni de știință consideră imposibilitatea de a observa universul „din exterior” ca fiind un neajuns critic, chiar fatal al interpretării de la Copenhaga.

În conceptul de „multe lumi” această problemă este rezolvată foarte simplu: Universul pur și simplu există simultan în multe stări paralele, care sunt determinate de funcția de undă principală, cunoscută sub numele de funcția de undă a Universului. Conform cosmologiei cuantice, Universul a apărut ca o fluctuație cuantică a vidului, adică. ca o minuscul balon de spuma spatio-timp. Majoritatea universurilor de spumă spațială timpului nou-născuți experimentează un big bang și apoi imediat o mare criză. Aceasta înseamnă că, chiar și în „golicul”, activitatea neîncetată clocotește, universuri minuscule apar și dispar imediat, dar amploarea acestor evenimente este prea mică pentru instrumentele noastre brute. Într-o zi, dintr-un motiv oarecare, una dintre bulele de spumă spațiu-timp nu s-a prăbușit înapoi și a dispărut în propriul Big Squeeze, ci a continuat să se extindă. Acesta a fost universul nostru. Dacă îl asculți pe Alan Gut, se dovedește că întregul nostru Univers este un mare gratuit.

În cosmologia cuantică, fizicienii încep cu un analog al ecuației Schrödinger, care descrie funcțiile de undă ale electronilor și atomilor. Ei folosesc, de asemenea, ecuația DeWitt-Wheeler, care acționează asupra „funcției de undă a universului”. De obicei, funcția de undă Schrödinger este definită în fiecare punct din spațiu și timp, astfel încât putem calcula probabilitatea de a găsi un electron în orice punct dat din spațiu și timp. Dar „funcția de undă a Universului” este definită pe ansamblul tuturor universurilor posibile. Dacă se dovedește că această funcție de undă pentru un anumit univers este mare, va însemna că universul dat se află în această stare cu o probabilitate mare.

Hawking susține exact acest punct de vedere. El susține că universul nostru este special, este unic și diferit de toate celelalte universuri. Dacă funcția de undă a universului nostru este mare, atunci pentru majoritatea celorlalte este aproape zero. Se pare că există o probabilitate diferită de zero, dar foarte mică, ca alte universuri decât ale noastre să poată exista în Multivers, dar Universul nostru există cu o probabilitate maximă. În general, Hawking încearcă să fundamenteze logic fenomenul inflației în acest fel. În această imagine a lumii, un univers în care începe procesul de inflație este pur și simplu mai probabil decât un univers în care nu are loc nimic de acest fel, așa că în Universul nostru a avut loc un astfel de proces.

Teoria despre originea universului nostru din „golicul” spumei spațiu-timp pare la prima vedere complet neverificabilă; cu toate acestea, este de acord cu câteva observații simple. În primul rând, mulți fizicieni au subliniat faptul uimitor că suma sarcinilor electrice pozitive și negative din universul nostru este zero - cel puțin în limitele erorii experimentale. Ni se pare firesc că gravitația este forța dominantă în spațiu, dar acest lucru se datorează faptului că sarcinile negative și pozitive se anulează exact reciproc. Dacă ar exista chiar și cel mai mic dezechilibru între sarcinile pozitive și negative pe Pământ, forțele electrice ar depăși foarte posibil forțele de atracție gravitațională care leagă Pământul și pur și simplu ne-ar sfâșia planeta. Echilibrul exact dintre sarcinile pozitive și negative totale poate fi explicat cu ușurință, în special, prin faptul că Universul a apărut din „nimic”, iar „nimic” are o sarcină electrică zero.

În al doilea rând, Universul nostru are spin zero. Kurt Gödel a încercat mulți ani să demonstreze că universul nostru se învârte analizând și însumând rotațiile diferitelor galaxii, dar astăzi astronomii sunt convinși că rotația totală a universului nostru este zero. Din nou, acest fapt poate fi ușor explicat prin faptul că Universul a apărut din „nimic”, iar „nimic” are spin zero. În al treilea rând, apariția Universului din nimic ar ajuta la explicarea de ce conținutul total de materie energetică din el este atât de mic, și poate chiar egal cu zero. Dacă adunăm energia pozitivă a materiei și energia negativă asociată gravitației, atunci, aparent, ele se anulează exact una pe cealaltă. Conform teoriei generale a relativității, dacă Universul este închis și finit, atunci cantitatea totală de materie-energie din el ar trebui să fie exact zero. (Dacă universul este deschis și infinit, acest lucru nu este neapărat adevărat, dar teoria inflaționistă indică totuși că cantitatea totală de materie-energie din universul nostru este extrem de mică.)

Toate acestea lasă deschisă o întrebare interesantă. Dacă fizicienii nu pot exclude posibilitatea existenței mai multor tipuri de universuri paralele, atunci este posibil să luăm contact cu ele? Să-i vizitezi? Sau poate creaturi din alte universuri au fost deja în lumea noastră?

Contactul cu alte universuri cuantice care nu sunt sincronizate cu al nostru pare foarte puțin probabil. Motivul pentru care universul nostru și-a pierdut sincronia cu alte universuri este că atomii noștri se ciocnesc în mod constant cu alți atomi ai lumii înconjurătoare. De fiecare dată când funcția de undă a atomului se ciocnește, acesta se micșorează ușor; ceea ce înseamnă că numărul universurilor paralele este în scădere. Fiecare coliziune reduce numărul de opțiuni posibile. Trilioane de astfel de „mini-colapsuri” atomice creează iluzia că toți atomii din corpul nostru s-au prăbușit complet și au înghețat într-o anumită stare. „Realitatea obiectivă” a lui Einstein este doar o iluzie datorită faptului că numărul mare de atomi din corpul nostru se ciocnesc în mod constant între ei; și cu fiecare astfel de ciocnire, numărul universurilor posibile scade.

Această situație poate fi comparată cu o imagine defocalizată din obiectivul unei camere. În mod similar, în microcosmos totul pare schimbător și nesigur. Dar de îndată ce corectați ușor focalizarea camerei, în imagine apar noi detalii; cu fiecare ajustare, imaginea în ansamblu devine din ce în ce mai clară. Deci trilioane de mici ciocniri de atomi cu atomii vecini, iar și iar, reduc numărul de universuri posibile. Astfel, trecem fără probleme de la un microcosmos schimbător la un macrocosmos stabil.

Prin urmare, probabilitatea de interacțiune cu un alt univers cuantic, similar cu al nostru, dacă nu este egală cu zero, scade rapid odată cu creșterea numărului de atomi din corpul tău. Dar există trilioane și trilioane de atomi în fiecare dintre noi, așa că șansa de a stabili o conexiune cu un alt univers locuit de dinozauri sau extratereștri este infinitezimală. Se poate calcula că va dura mult mai mult să aștepte un astfel de eveniment decât va exista Universul.

Deci, nu putem exclude complet contactul cu universurile cuantice paralele, dar este evident că acest eveniment va fi extrem de rar - la urma urmei, Universul nostru și-a pierdut coerența cu ele. Dar în cosmologie întâlnim și un alt tip de univers paralel: Multiversul, care constă în universuri care coexistă între ele ca bulele de săpun într-o baie cu spumă. Contactul cu un alt univers în cadrul Multiversului este o poveste complet diferită. Aceasta este cu siguranță o problemă dificilă, dar este posibil ca civilizația să o poată rezolva.

După cum am discutat deja, pentru a deschide o gaură în spațiu sau pentru a crește spuma spațiu-timp, este nevoie de o energie care să fie comparabilă în ordinea mărimii cu energia Planck, la care toate legile fizice cunoscute se prăbușesc în general. Spațiul și timpul la această energie sunt instabile, ceea ce deschide posibilitatea de a părăsi Universul nostru (presupunând, desigur, că alte universuri există și nu vom muri în procesul de tranziție).

Această întrebare, în general, nu poate fi numită pur academică, deoarece într-o zi viața inteligentă din Univers se va confrunta inevitabil cu problema morții Universului. În cele din urmă, teoria Multiversului s-ar putea dovedi a fi salvatoare pentru toată viața inteligentă din Universul nostru. Datele primite recent de la satelitul WMAP confirmă faptul că Universul se extinde cu accelerație și este posibil ca într-o zi să vom face toți. fi amenințat cu moartea sub forma așa-numitului Mare Îngheț. În timp, întregul univers se va înnegri; toate stelele de pe cer se vor stinge și doar stelele moarte, stele neutronice și găurile negre vor rămâne în univers. Chiar și atomii corpului nostru pot începe să se degradeze. Temperaturile vor scădea aproape de zero absolut și viața va deveni imposibilă.

Pe măsură ce universul se apropie de acest punct, o civilizație avansată, care se confruntă cu moartea finală a lumii sale, se poate gândi foarte bine să se mute într-un alt univers. Aceste creaturi nu vor avea de ales - îngheață până la moarte sau părăsesc această lume. Legile fizicii vor fi o condamnare la moarte pentru orice viață inteligentă - dar aceleași legi pot oferi ființelor inteligente și o lacună îngustă.

O astfel de civilizație va trebui să valorifice energia acceleratoarelor gigantice și a fasciculelor laser, egale ca putere întregului sistem solar sau chiar a unui grup de stele, și să o concentreze într-un singur punct pentru a primi legendara energie Planck. Poate că acest lucru va fi suficient pentru a deschide o gaură de vierme sau o cale către alt univers. Este posibil ca civilizația să folosească energia colosală supusă ei pentru a crea o gaură de vierme și a trece prin ea într-un alt univers, lăsând propriul univers să moară și începând o nouă viață într-o casă nouă.

În funcție de punctul de vedere, teoria cuantică este fie o mărturie a vastelor progrese ale științei, fie un simbol al limitărilor intuiției umane, care este forțată să se lupte cu ciudățenia tărâmului subatomic. Pentru un fizician, mecanica cuantică este unul dintre cei trei mari piloni pe care se bazează înțelegerea naturii (împreună cu teoriile generale și speciale ale relativității ale lui Einstein). Pentru cei care și-au dorit întotdeauna să înțeleagă măcar ceva în modelul fundamental al structurii lumii, oamenii de știință Brian Cox și Jeff Forshaw explică în cartea lor „The Quantum Universe”, care a fost publicată de MIF. T & P publică un scurt pasaj despre esența cuantii și originile teoriei.

Teoriile lui Einstein se ocupă de natura spațiului și a timpului și de forța gravitației. Mecanica cuantică are grijă de orice altceva și se poate spune că, indiferent cât de atrăgătoare, confuză sau fascinantă din punct de vedere emoțional, este doar o teorie fizică care descrie modul în care natura se comportă de fapt. Dar chiar dacă este măsurat după acest criteriu foarte pragmatic, este izbitor prin acuratețea și puterea sa explicativă. Există un experiment din domeniul electrodinamicii cuantice, cel mai vechi și cel mai bine înțeles dintre teoriile cuantice moderne. Măsoară modul în care se comportă un electron în apropierea unui magnet. Fizicienii teoreticieni au muncit din greu ani de zile cu pixul și hârtie, iar mai târziu cu computerele, pentru a prezice exact ce ar dezvălui astfel de studii. Practicanții au inventat și au pus bazele experimentelor pentru a afla mai multe detalii din natură. Ambele tabere, independent una de cealaltă, au dat rezultate cu o acuratețe asemănătoare cu măsurarea distanței dintre Manchester și New York cu o eroare de câțiva centimetri. Este de remarcat faptul că cifrele obținute de experimentatori corespundeau pe deplin rezultatelor calculelor teoreticienilor; măsurătorile și calculele au fost în total acord.

Teoria cuantică este poate cel mai bun exemplu al modului în care infinit de greu de înțeles pentru majoritatea oamenilor devine extrem de util. Este greu de înțeles deoarece descrie o lume în care o particulă poate fi de fapt în mai multe locuri în același timp și se poate muta dintr-un loc în altul, explorând astfel întregul Univers. Este util pentru că înțelegerea comportamentului celor mai mici blocuri ale universului întărește înțelegerea tuturor celorlalte. Ne pune o limită aroganței, pentru că lumea este mult mai complexă și mai diversă decât părea. În ciuda acestei complexități, am descoperit că totul este format din multe particule minuscule care se mișcă în conformitate cu legile teoriei cuantice. Aceste legi sunt atât de simple încât pot fi scrise pe spatele unui plic. Iar faptul că o bibliotecă întreagă nu este necesară pentru a explica natura profundă a lucrurilor este în sine unul dintre cele mai mari mistere ale lumii.

Imaginează-ți lumea din jurul nostru. Să presupunem că țineți în mână o carte din hârtie - pastă de lemn măcinată. Copacii sunt mașini capabile să preia atomi și molecule, să le descompună și să le reorganizeze în colonii de miliarde de bucăți individuale. Ei fac acest lucru datorită unei molecule cunoscute sub numele de clorofilă, care este alcătuită din peste o sută de atomi de carbon, hidrogen și oxigen, care sunt curbați într-un mod special și legați de câțiva atomi de magneziu și hidrogen. O astfel de combinație de particule este capabilă să capteze lumina care a zburat la 150.000.000 km de stea noastră - o cameră nucleară cu un volum de un milion de planete precum Pământul - și să transporte această energie adânc în celule, unde creează noi molecule din dioxid de carbon. iar apa si eliberarile care ne dau viata este oxigenul.

Aceste lanțuri moleculare sunt cele care formează suprastructura care ține împreună copacii, lucrarea din această carte și toată viața. Ești capabil să citești o carte și să înțelegi cuvintele pentru că ai ochi care pot transforma lumina împrăștiată din pagini în impulsuri electrice care pot fi interpretate de creier, cea mai complexă structură din univers despre care știm. Am descoperit că toate lucrurile din lume nu sunt altceva decât o colecție de atomi, iar cea mai mare varietate de atomi este formată din doar trei particule - electroni, protoni și neutroni. De asemenea, știm că protonii și neutronii înșiși sunt formați din entități mai mici numite quarci și sunt sfârșitul tuturor - cel puțin asta credem acum. Toate acestea se bazează pe teoria cuantică.

Astfel, fizica modernă desenează o imagine a Universului în care trăim cu o simplitate excepțională; fenomene elegante apar undeva unde nu pot fi văzute, dând naștere diversității macrocosmosului. Poate că aceasta este cea mai remarcabilă realizare a științei moderne - reducerea complexității incredibile a lumii, inclusiv a oamenilor înșiși, la o descriere a comportamentului unui număr mic de particule subatomice minuscule și a patru forțe care acționează între ele. Cele mai bune descrieri a trei dintre aceste patru forțe - forțele nucleare puternice și slabe care există în interiorul nucleului atomic și forța electromagnetică care ține atomii și moleculele împreună - sunt oferite de teoria cuantică. Doar forța gravitației - cea mai slabă, dar poate cea mai familiară forță dintre toate - nu are în prezent o descriere cuantică satisfăcătoare.

Trebuie să recunoaștem că teoria cuantică are o reputație oarecum ciudată și multe prostii reale sunt acoperite de numele ei. Pisicile pot fi atât vii, cât și moarte în același timp; particulele sunt în două locuri în același timp; Heisenberg susține că totul este incert. Toate acestea sunt într-adevăr adevărate, dar concluziile care decurg adesea din aceasta - odată ce ceva ciudat se întâmplă în microcosmos, atunci suntem învăluiți într-o ceață de ceață - sunt cu siguranță greșite. Percepția extrasenzorială, vindecări mistice, brățări vibrante care protejează împotriva radiațiilor și cine știe ce altceva se strecoară în mod regulat în panteonul posibilului sub masca cuvântului „cuantic”. Această prostie este cauzată de incapacitatea de a gândi clar, de auto-înșelare, de neînțelegere autentică sau prefăcută sau de o combinație deosebit de nefericită a tuturor celor de mai sus. Teoria cuantică descrie cu acuratețe lumea cu legi matematice la fel de specifice precum cele folosite de Newton sau Galileo. Acesta este motivul pentru care putem calcula câmpul magnetic al unui electron cu o acuratețe incredibilă. Teoria cuantică oferă o descriere a naturii care, după cum vom afla, are o putere predictivă și explicativă extraordinară și se extinde la orice, de la cipuri de siliciu la stele.

Așa cum se întâmplă adesea, apariția teoriei cuantice a provocat descoperirea unor fenomene naturale care nu puteau fi descrise de paradigmele științifice ale vremii. Pentru teoria cuantică, au existat multe astfel de descoperiri, de altfel, de natură diversă. O serie de rezultate inexplicabile au generat entuziasm și confuzie și, în cele din urmă, au declanșat o perioadă de inovație experimentală și teoretică care merită cu adevărat termenul popular „epoca de aur”. Numele personajelor principale sunt pentru totdeauna înrădăcinate în mintea oricărui student la fizică și sunt menționate mai des decât alții în cursurile universitare până astăzi: Rutherford, Bohr, Planck, Einstein, Pauli, Heisenberg, Schrödinger, Dirac. Poate că nu va mai exista niciodată o perioadă în istorie în care atât de multe nume vor fi asociate cu măreția științei în timp ce se vor îndrepta către un singur scop - crearea unei noi teorii a atomilor și a forțelor care guvernează lumea fizică. În 1924, privind înapoi la deceniile precedente de teorie cuantică, Ernest Rutherford, fizicianul născut în Noua Zeelandă care a descoperit nucleul atomic, scria: „1896... a marcat începutul a ceea ce a fost numit pe bună dreptate epoca eroică a științei fizice. Niciodată în istoria fizicii nu a existat o astfel de perioadă de activitate febrilă, în care unele descoperiri fundamental semnificative au fost înlocuite cu altele cu o viteză vertiginoasă.

Doar până pe 30 iunie, cititorii T&P au o reducere la versiunile pe hârtie și electronice ale cărții. Reducerile sunt activate atunci când faceți clic pe linkuri.

Termenul „cuantic” a apărut în fizică în 1900 datorită lucrării lui Max Planck. El a încercat să descrie teoretic radiația emisă de corpurile încălzite - așa-numita „radiație a unui corp complet negru”. Apropo, omul de știință a fost angajat în acest scop de o companie angajată în iluminatul electric: așa se deschid uneori ușile universului din cele mai prozaice motive. Planck a descoperit că proprietățile radiației corpului negru pot fi explicate doar presupunând că lumina este emisă în porțiuni mici de energie, pe care el a numit-o cuante. Cuvântul în sine înseamnă „pachete” sau „discret”. Inițial, el a crezut că este doar un truc matematic, dar lucrarea lui Albert Einstein din 1905 privind efectul fotoelectric a susținut ipoteza cuantică. Rezultatele au fost convingătoare, deoarece cantități mici de energie ar putea fi sinonime cu particule.

Ideea că lumina este alcătuită dintr-un flux de gloanțe mici are o istorie lungă și ilustră, datând de la Isaac Newton și de la nașterea fizicii moderne. Cu toate acestea, în 1864, fizicianul scoțian James Clark Maxwell părea să risipească în cele din urmă toate îndoielile existente într-o serie de lucrări pe care Albert Einstein le-a descris mai târziu drept „cele mai profunde și mai fructuoase pe care le-a cunoscut fizica de la Newton”. Maxwell a arătat că lumina este o undă electromagnetică care se propagă în spațiu, așa că ideea luminii ca undă a avut o origine ireproșabilă și aparent de netăgăduit. Cu toate acestea, într-o serie de experimente pe care Arthur Compton și colegii săi le-au condus la Universitatea Washington din St. Louis, au reușit să separe cuante de lumină de electroni. Ambele s-au comportat mai degrabă ca niște mingi de biliard, ceea ce a confirmat în mod clar că ipotezele teoretice ale lui Planck aveau o bază solidă în lumea reală. În 1926, cuantele de lumină au fost numite fotoni. Dovezile erau de necontestat: lumina se comportă atât ca undă, cât și ca o particulă. Aceasta a însemnat sfârșitul fizicii clasice - și sfârșitul perioadei de formare a teoriei cuantice.

Deja la vârsta de trei ani, Michael Talbot și-a surprins părinții. A vorbit îndelung și a refuzat să-i sune pe domnul și doamna Talbot, tata și mama. Copilul minunat nu a preferat sucuri; sifon sau lapte și... ceai negru puternic. S-a așezat pe podea în poziție de lotus și a sorbit ceai dintr-un castron.

Michael s-a „bătut” în clarviziune, a călătorit în afara corpului, a comunicat cu extratereștrii. El și-a amintit: „În timp ce studiam la facultate, conduceam o mașină într-o zi și am văzut o farfurie zburătoare. M-am oprit, am ieșit pe drum și m-am uitat la nava extraterestră timp de aproximativ cinci minute. Apoi am mers mai departe. De obicei, drumul de la locul unde am văzut OZN-ul până la casă dura o jumătate de oră. Imaginează-ți cât de surprins am fost când familia mea m-a atacat: „Unde ai plecat?!”. S-a dovedit că a trecut aproape o zi întreagă!

Sperând să găsească o explicație rațională pentru fenomenele paranormale care îl bântuiau, a apelat la știință. Michael a căutat răspunsuri într-un mod neobișnuit: „În loc de bunul simț, am folosit abilități intuitive mai profunde. Am rătăcit fără scop pe lângă rafturile bibliotecii la prima vedere. Așteptam cartea potrivită să mă „cheme”. Și chiar am simțit nevoia să mă opresc. Mâna mea s-a ridicat, am luat o carte de pe raft și am deschis-o undeva la mijloc. Abia după aceea m-am uitat la titlu — era fișierul revistei Physics Today, numărul din septembrie 1970, cu articolul fizicianului Bruce de Witt „Mecanica cuantică și realitatea”.

Cunoscuta teză a fost dovedită în articol: lumea din jurul nostru este cea materializată a noastră, vedem doar ceea ce gândim, ceea ce vrem să vedem. De Witt a scris că fizica cuantică a descoperit dependența realității de mintea umană. Publicația l-a lovit pe Talbot și a devenit un adevărat fan al fizicii cuantice, care studiază particulele subatomice - cuante. Aceste aceleași cuante comunică între ele într-un mod uimitor, precum gemenii care se simt la o distanță mare, informațiile sunt transmise de la cuantic la cuantic instantaneu! Când fenomenul a fost confirmat, fizicienii aproape că și-au răsturnat idolul, Einstein, de pe piedestal, pentru că, conform teoriei relativității, nu există nimic în lume care să se poată mișca mai repede decât viteza luminii, dar „instantaneu” înseamnă doar „mai repede”. decât viteza luminii”!

Contradicția a fost rezolvată de fizicianul David Bohm. El a demonstrat că cuantele nu transmit informații prin timp și spațiu, ele pur și simplu trăiesc într-o dimensiune în care informația există peste tot și simultan, adică informația nu este locală, ci, dimpotrivă, este totală, cuprinzătoare. Bohm a făcut sugestia senzațională că comportamentul cuantelor este într-un fel misterios legat de... gândirea oamenilor de știință și a celor care le observă. Quanta se comportă într-un mod ordonat, „decent” în momentul în care sunt observate, dar de îndată ce cercetătorul este distras pentru un minut, haosul primordial revine în lumea particulelor subatomice! A vedea cuante reale, conform lui David Bohm, este la fel de imposibil ca și a vedea sinele real în oglindă. La urma urmei, apropiindu-se de oglindă, o persoană se pregătește în mod subconștient să-și întâlnească reflecția și, ca urmare, este reflectată așa cum se așteaptă să se vadă.

Dar cum reușesc quanta să prezică experimentatorii? La aceasta, Bohm răspunde astfel: creierul oamenilor de știință și al tuturor celorlalți oameni (precum și tot ceea ce există în Univers în general) constă, de asemenea, din particule subatomice. Cuantiștii trăiesc în lumea informațiilor totale, așa că cei care sunt urmăriți, nu costă nimic să afle ce își doresc cuantii de la ei, care alcătuiesc creierul observatorului :)

Particulele subatomice le-au oferit fizicienilor o altă surpriză. S-a dovedit că atunci când sunt grupate în număr mare, aceștia încetează să se comporte ca indivizi și demonstrează o adevărată conștiință colectivă.

Bohm a ajuns la concluzia că aceeași informație este codificată în fiecare cuantă și este suficientă pentru a reproduce întregul Univers! Cu alte cuvinte, Universul în ansamblu este conținut într-o formă pliată în fiecare dintre părțile sale mici microscopic (inclusiv ADN-ul fiecărei persoane). Ceva similar a fost spus de Buddha și exprimat în formă lirică de poetul romantic din secolul al XVIII-lea William Blake:

Într-o clipă - pentru a vedea eternitatea,

Lumea vastă este într-un grăunte de nisip,

Într-o singură mână - infinit

Și cerul este într-o cupă de floare...

Teoria cuantică descrie un univers în care o particulă se poate afla în mai multe locuri în același timp și se poate muta instantaneu dintr-un loc în altul. Acest concept pune o limită aroganței noastre, pentru că lumea este mult mai complexă și mai diversă decât părea. Cu toate acestea, legile teoriei cuantice sunt atât de simple încât pot fi scrise pe spatele unui plic.

Cum funcționează compresia audio

Descompunerea unei unde în undele sinusoide constitutive este baza tehnologiei de compresie audio. Imaginează-ți undele sonore formând melodia ta preferată. Acest val complex poate fi descompus în componentele sale. Reproducerea absolut exactă a sunetului original necesită multe unde sinusoidale individuale, dar multe dintre ele pot fi aruncate, ceea ce nu va afecta deloc percepția calității înregistrării audio.

Atomi „goali”.

Din interior, atomul este ceva ciudat. Dacă stai pe un proton și privești de acolo în spațiul intra-atomic, vei vedea doar gol. Electronii vor fi prea mici pentru a se vedea chiar dacă sunt la distanță de braț, dar este puțin probabil să se întâmple nici acest lucru. Dacă stați „pe proton” în largul coastei Angliei, atunci limitele vagi ale atomului vor fi situate undeva în fermele din nordul Franței.

Un univers de mărimea unui grapefruit

Un avantaj frumos al lucrului cu fragmente elementare de materie care nu au nicio dimensiune este că ne putem imagina cu ușurință că întregul Univers vizibil a fost odată comprimat într-un obiect de mărimea unui grapefruit sau chiar a unui cap de ac. Oricât de amețite ar fi astfel de gânduri, nu există niciun motiv pentru a declara imposibilă o astfel de compresie.

Saltului Cuantic

Imaginați-vă că punem electronul 1 în atomul 1 și electronul 2 în atomul 2. După un timp, afirmația „electronul 1 este încă în atomul 1” nu va mai avea sens. Poate fi și în atomul 2, deoarece există întotdeauna posibilitatea ca electronul să fi făcut un salt cuantic. Tot ce se poate întâmpla se întâmplă, iar electronii ar putea foarte bine să zboare în jurul întregului univers într-o clipă.

bosonii Higgs

Peter Higgs a sugerat că spațiul gol este plin de particule. Ei în mod constant, fără odihnă, interacționează cu toate particulele masive din Univers, încetinind selectiv mișcarea lor și creând masă. Rezultatul interacțiunilor dintre materia obișnuită și un vid umplut cu particule Higgs este că lumea din lipsă de formă devine diversă, locuită de stele, galaxii și oameni.

Doi fizicieni englezi, dintre care unul studiază particulele elementare (Brian Cox), iar celălalt este profesor la Departamentul de Fizică Teoretică de la Universitatea din Manchester (Jeff Forshaw), ne prezintă modelul fundamental al lumii.

Folosind un limbaj accesibil, numeroase desene și analogii bune, autorii au putut explica conceptele de fizică cuantică greu de înțeles.

Brian Cox, Jeff Forshaw:

Scopul acestei cărți este de a demistifica teoria cuantică, o construcție teoretică care a derutat prea mulți, inclusiv chiar și pe pionierii industriei. Intenționăm să folosim o perspectivă modernă, folosind lecțiile învățate de-a lungul secolelor de retrospectivă și dezvoltare a teoriei. Cu toate acestea, la începutul călătoriei, vom fi transportați la începutul secolului al XX-lea și vom explora unele dintre problemele care i-au forțat pe fizicieni să se abată radical de la ceea ce înainte era considerat curentul principal al științei.

1. Urmează ceva ciudat

Teoria cuantică este poate cel mai bun exemplu al modului în care infinit greu de înțeles de către majoritatea oamenilor devine extrem de util. Este greu de înțeles deoarece descrie o lume în care o particulă poate fi de fapt în mai multe locuri în același timp și se poate muta dintr-un loc în altul, explorând astfel întregul Univers. Am descoperit că totul este format din multe particule minuscule care se mișcă în conformitate cu legile teoriei cuantice. Aceste legi sunt atât de simple încât pot fi scrise pe spatele unui plic. Iar faptul că o bibliotecă întreagă nu este necesară pentru a explica natura profundă a lucrurilor este în sine unul dintre cele mai mari mistere ale lumii.

2. În două locuri în același timp

Cele mai neobișnuite predicții ale teoriei cuantice apar de obicei în comportamentul obiectelor mici. Dar, deoarece obiectele mari sunt formate din obiecte mici, în anumite circumstanțe este necesară fizica cuantică pentru a explica proprietățile unuia dintre cele mai mari obiecte din univers, stelele.

3. Ce este o particulă?

După ce am stabilit că descrierea electronului imită comportamentul undelor în multe privințe, trebuie să dezvoltăm concepte mai precise ale undelor în sine. Să începem prin a descrie ce se întâmplă într-un rezervor de apă atunci când două valuri se întâlnesc, se amestecă și interferează unul cu celălalt. Să reprezentăm valorile maxime ale valurilor ca ceasuri cu mâna de la ora 12 și cele joase ca ceasuri cu mâna de la 6. De asemenea, putem afișa pozițiile undelor intermediare între minim și maxim desenând ceasuri cu timpi intermediari, ca în cazul a fazelor dintre luna nouă și luna plină.

4. Orice se poate întâmpla se întâmplă cu adevărat

Principiul incertitudinii Heisenberg

În lucrarea sa originală, Heisenberg a reușit să aprecieze relația dintre acuratețea măsurării poziției și impulsului unei particule. Principiul incertitudinii Heisenberg este una dintre cele mai greșit înțelese părți ale teoriei cuantice, calea pe care tot felul de șarlatani și purtători de prostii își împing prostiile filozofice.

Derivarea principiului incertitudinii Heisenberg din teoria fețelor ceasului

Trei cadrane, care arată aceeași oră și situate pe aceeași linie, descriu particula, care la momentul inițial se află undeva în zona acestor cadrane. Ne interesează care sunt șansele de a găsi o particulă în punctul X la un moment ulterior.

O scurtă istorie a constantei lui Planck

Planck a distrus primele pietre de la baza conceptului lui Maxwell despre lumină, arătând că energia luminii emisă de un corp încălzit poate fi descrisă doar dacă este emisă în cuante.

Înapoi la Principiul Incertitudinii Heisenberg

Teoria mecanicii cuantice pe care am dezvoltat-o ​​sugerează că, dacă plasezi un grăunte de nisip la un moment dat, acesta poate ajunge ulterior oriunde altundeva în univers. Dar este evident că acest lucru nu se întâmplă cu granule de nisip adevărate. Prima întrebare la care trebuie să răspundem este: de câte ori se vor întoarce acționările ceasului dacă mișcăm o particulă cu masa unui grăunte de nisip pe o distanță de, să zicem, 0,001 mm într-o secundă?

5. Mișcarea ca iluzie

După ce am stabilit grupul inițial cu ajutorul ceasurilor care arată diferit și nu același timp, am ajuns la descrierea unei particule în mișcare. Interesant este că putem face o legătură foarte importantă între ceasurile deplasate și comportamentul undelor.

Pachete Wave

O particulă cu un impuls bine-cunoscut este descrisă de un grup mare de cadrane. Mai precis, o particulă cu impuls exact cunoscut va fi descrisă de un grup de ceasuri infinit lung, ceea ce înseamnă un pachet de undă infinit lung.

6. Muzica atomilor

Acum putem aplica cunoștințele noastre acumulate pentru a rezolva întrebarea care i-a derutat pe Rutherford, Bohr și alți oameni de știință în primele decenii ale secolului XX: ce se întâmplă exact în interiorul atomului? …Aici vom încerca pentru prima dată cu ajutorul teoriei noastre să explicăm fenomenele din lumea reală.

cutie atomică

Se pare că am elaborat o viziune corectă asupra atomilor. Dar totuși, ceva nu este în regulă. Lipsește ultima piesă a puzzle-ului, fără de care este imposibil de explicat structura atomilor mai grei decât hidrogenul. Mai prozaic, nu reușim să explicăm de ce nu cădem de fapt prin pământ, ceea ce creează probleme minunatei noastre teorii a naturii.

7. Universul pe un cap de ac (și de ce nu cădem prin pământ)

Materia poate fi stabilă doar dacă electronii respectă așa-numitul principiu Pauli, unul dintre cele mai uimitoare fenomene din universul nostru cuantic.

8. Interdependență

Până acum, am acordat o atenție deosebită fizicii cuantice a particulelor și atomilor izolați. Cu toate acestea, experiența noastră fizică este legată de percepția multor atomi grupați împreună și, prin urmare, este timpul să începem să înțelegem ce se întâmplă atunci când atomii se grupează împreună.

9. Lumea modernă

Tranzistorul este cea mai importantă invenție din ultimii 100 de ani: lumea modernă este construită și modelată de tehnologia semiconductoarelor.

10. Interacțiune

Să începem cu formularea legilor primei teorii a câmpului cuantic deschis - electrodinamica cuantică, prescurtată ca QED. Originile acestei teorii datează din anii 1920, când Dirac a avut un succes deosebit în a pune teoria electromagnetică a lui Maxwell pe o bază cuantică.

Problema măsurării în teoria cuantică

Putem merge mai departe crezând că lumea s-a schimbat ireversibil ca urmare a măsurării, chiar dacă nu s-a întâmplat nimic de fapt. Dar toate acestea nu sunt atât de importante atunci când vine vorba de sarcina serioasă de a calcula probabilitatea ca ceva să se întâmple la stabilirea unui experiment.

antimaterie

Electronii care se deplasează înapoi în timp arată ca „electroni cu sarcină pozitivă”. Astfel de particule există și sunt numite „pozitroni”.

11. Spațiul gol nu este atât de gol.

Aspiratorul este un loc foarte interesant, plin de posibilități și obstacole în calea particulelor.

Modelul standard al fizicii particulelor

Modelul standard conține un remediu pentru boala cu mare probabilitate, iar acest remediu este cunoscut sub numele de mecanismul Higgs. Dacă este adevărat, atunci Large Hadron Collider ar trebui să detecteze o altă particulă naturală, bosonul Higgs, după care părerile noastre despre conținutul spațiului gol ar trebui să se schimbe dramatic.

Originea masei

Întrebarea despre originea masei este deosebit de remarcabilă prin faptul că răspunsul la aceasta este valoros dincolo de dorința noastră evidentă de a ști ce este masa. Să încercăm să explicăm mai detaliat această propoziție destul de misterioasă și construită ciudat.

Epilog: Moartea stelelor

Pe măsură ce mor, multe stele ajung ca bile superdense de materie nucleară împletite cu mulți electroni. Acestea sunt așa-numitele pitice albe. Aceasta va fi soarta Soarelui nostru când va rămâne fără combustibil nuclear în aproximativ 5 miliarde de ani.

Pentru citiri suplimentare

Am folosit multe alte lucrări în pregătirea acestei cărți, iar unele dintre ele merită o mențiune și recomandare specială.

Cox B., Forshaw D. Universul cuantic.
Cum de nu putem vedea. M.: CIM. 2016.