В этом отрывке есть искажения и передёргивания при изложении, заметите ли вы их?
Гейзенберг вывел гениальную формулу, показавшую, что никаких точных знаний у нас в принципе быть не может: так устроена природа, она сама о себе не все «знает». Эту формулу по другому называют «принципом неопределенности Гейзенберга». И означает сей принцип только то, что принципиально невозможно узнать все о частице, а только лишь с некоторой вполне конкретной неопределенностью. Скажем, мы не можем одновременно указать и скорость, и местоположение частицы. Если мы точно узнаем координаты частицы, мы теряем всякую информацию о ее скорости, а если точно узнаем скорость, теряем возможность узнать, где она находится. В механике такое просто невозможно!
Это еще не полное крушение ньютоновской фатальности, но уже шаг в нужном направлении. Потому что весь мир из частиц и состоит, и раз частицы неопределенны в своих координатах и скоростях, значит их будущее, как и будущее мира, предсказать невозможно.
Формула Гейзенберга не столь известна, как знаменитое уравнение Эйнштейна Е=МС2, ее не рисуют на кружках и футболках, но однажды, будучи в Болгарии, я увидел ее на этикетке бутылки с ракией. Выпил с удовольствием!
Вот он, гейзенберговский принцип неопределенности. В этой формуле дельта X – неопределенность координаты частицы, а дельта Р – неопределенность ее импульса (скорости, если хотите). Произведение этих неопределенностей не может быть меньше некоей величины (постоянной Планка). Если неопределенность в положении координаты равна нулю или близка к нулю (то есть координаты определены очень точно), тогда неопределенность импульса будет стремиться к бесконечности.
Когда Гейзенберг впервые явил миру эту формулу, физики поддались соблазну объяснить ее примерно так:
– Ну, конечно, друзья! Иначе и быть не может, ведь мы имеем дело с микромиром, а там все такое маленькое, что плакать хочется! И потому мы воздействуем на измеряемый электрон такими же по размеру штуками, как и он сам, например, бомбардируем фотонами, а значит, неизбежно вносим помеху в измеряемый объект! Измерили местоположение электрона и тем самым изменили его скорость. Поэтому и не узнаем точно, какой она была. Но ведь какой то она была!
Можно рассудить и по другому:
– Что такое волны? Это весьма распределенное в пространстве явление! Ну, представьте себе волнение на море. Разве можем мы задать вопрос, где точно находится волна? Этот вопрос просто не имеет смысла! Да везде! Куда ни кинь взгляд – волны до самого горизонта. О какой точной координате можно вообще говорить в таких условиях?
Все эти рассуждения верны, конечно. Но лишь отчасти: проблема оказалась гораздо глубже и фундаментальнее столь простых объяснений. Потому что появилось «во вторых». И этим «во вторых» была та самая волновая функция, которую мы уже упоминали, а также уравнение Шрёдингера. Эти математические конструкты описывают поведение квантов.
Не углубляясь в математику, чтобы не распугать читателей, скажем, что эти уравнения, описывающие поведение квантовой системы, не могут предсказать точный результат эксперимента, а лишь вероятность наступления того или иного события.
Самый простой пример на картинке ниже.
Если мы стреляем фотонами в полупрозрачное зеркало, расположенное под углом 45 градусов к оси фотонной пушки, то фотон с вероятностью 1/2 может пролететь зеркало насквозь или с той же вероятностью отразиться от него. То есть с вероятностью выпадения орла или решки у нас сработает либо первый, либо второй детектор.
Рис. 10
Выстреливая единичный фотон, мы принципиально не можем предсказать, куда он попадет, а можем предсказать только вероятность того или иного исхода. Зато можем точно сказать, что при выстреливании огромного числа фотонов они поровну распределятся по обоим детекторам.
Сотни лет физики знали: один и тот же эксперимент, поставленный в одних и тех же условиях, должен давать одинаковый результат. Это ж наука! Это основы! И вдруг в квантовой механике мы получаем при одних и тех же условиях разные результаты: то туда частица шлепается, то сюда. А куда шлепнется, точно предсказать невозможно.
