Сто лет недосказанности: Квантовая механика для всех в 25 эссе

На протяжении двух с половиной тысяч лет философию двигала вперёд математика. Начиная с Гайзенберга и Шрёдингера самой философской из наук стала физика. Жаль, что я её не знаю.
Мне квантовую теорию читал живой физик-теоретик: дфмн, профессор и завкаф. Я вообще не понимал откуда что берётся и почему в результате длинных вычислений получается именно спин, а не, чёрт возьми, заряд или что-нибудь ещё. Не знаю, как мне удалось получить на экзамене свой трояк. Это уникальное в своём роде квантовое чудо вроде тех, о которых Алексей Семихатов написал аж 25 эссе.

Квантовая теория -- самая захватывающая история из всех, которые разработало человечество. Сомневаюсь, что когда-либо найдут что-то более странное. Воображение физиков превосходит любой другой его сорт. Если бы квантовую теорию написал фантаст, все решили бы, что он не в своём уме. И тем не менее это самая успешная и точная теория всех времён и народов. Судя по всему, наш мир реально соблюдает её предписания.
С квантовыми расчётами всё прекрасно. А вот о том, как на самом деле работает мир, мы, возможно, не узнаем никогда. (Никогда значит никогда, это не то что нам просто не хватило времени, чтобы понять.) И даже не вполне ясно, имеет ли смысл сам вопрос "Что там лежит за уравнениями?"

Для таких, как я, по идее, и живёт на свете Алексей Семихатов. Я посмотрел примерно миллион его программ на youtube, и ещё посмотрю. Прочитал его книгу " Всё, что движется " -- отличная книга.
Однако с этой книгой не заладилось. Начало было обычное, со всем этим я давно свыкся. Однако скоро автор закопался в те же дебри, в которые завёл меня тот незабвенный физик-теоретик. Разница между этими двумя рассказчиками только в том, что тот закидывал меня формулами, а этот старательно формул избегает. Получается одинаково непонятно. Например, я уже дюжину раз прочитал о неравенствах Белла. (Они призваны показать, что ни в каких решениях, принятых заранее, природа не нуждается; все свойства квантовые объекты приобретают в момент измерения.) Алексей Семихатов рассказал мне об этом в тринадцатый раз, и я снова не понимаю. Очевидно, мои мозги слишком стары для глубоких идей.

Физики открывают законы реальности или изобретают? И вообще что есть пресловутая реальность? И существует ли она в каком-либо смысле "на самом деле"?
Особенно меня смущает эксперимент, в котором часть волновой функции достаётся не коту Шрёдингера, а ассистентке Вигнера. Кот ничего умного сказать нам не может, а ассистентка -- очень даже. И тогда мы легко конструируем ситуацию, в которой для ассистентки событие уже случилось, а для Вигнера -- ещё нет. И эта фигня может продолжаться сколь угодно долго -- при том что сидят они неподвижно в соседних комнатах...
Если из одних и тех же аксиом выводится как положительная теорема, так и отрицательная, это (по крайней мере, в приличных науках) значит только одно:

В общем, чем дальше, тем тоскливее я себя чувствовал. Иногда возникали проблески интереса (когда речь шла о квантовой телепортации или о квантовых вычислениях). Но в целом в последних главах я вообще перестал вникать, о чём толкует Алексей Семихатов.

Не понимаю, кто эти "все", для кого он написал 25 эссе. Физики это всё знают и без него. "Лирик" в моём лице один хрен ничего не понял...
Жаль, конечно. И, главное, у меня сложилось твёрдое убеждение, что и в следующей жизни я физику не пойму.

Да, чуть не забыл самое главное: книга вошла в длинный список премии «Просветитель» 2024 года. Интересно было бы узнать, кого с её помощью удалось просветить...

Комната следователей №999. В лицо бьет свет лампы.

– Так-так-так... – раздался жесткий, дребезжащий голос справа. – Значит, читала? Говори, что ты поняла. И быстро.
Это был Квант Спин Вправо. В темных очках. Плохой полицейский.

Из мягкого кресла напротив донесся вздох.
– Не слушай его, дорогая, – сказал Квант Спин Влевo. Он был в уютном свитере и держал чашку чая. – Просто поделись впечатлениями. Волшебно же, правда? Эта нелокальность, суперпозиция...

– Волшебно? – Вправо хлопнул ладонью по столу. – Она прочитала двадцать пять эссе Семихатова! Она знает, что мы везде и нигде одновременно! Ей нельзя доверять!

– Я... я поняла, что не поняла ничего, – выдавливаю я, щурясь от света. – Что классическая интуиция это коварный враг. Что реальность это не набор бильярдных шаров, а что-то вроде размытой вероятностной волны... эээ... музыки?

– Музыки! – взревел Спин Вправо. – Слышишь?! Музыки! Полный коллапс! Еще чуть и она заведет речь о сознании и наблюдателе!

– Ну, я... в общих чертах... про интерференцию...

– «В общих чертах»! – передразнил он. – Мы говорим о фундаменте мироздания! А она – «в общих чертах»! Я требую изоляции! В кота Шрёдингера ее, пока никто не наблюдает!

– Оставь ее, – мягко вступил Спин Влевo, поправляя очки. – Она же старалась. Дочитала до конца. Осознала масштаб недосказанности. Это главный вывод, разве нет?

Спин Вправо снял очки и устало протер переносицу.
– Ладно. Допустим. Но если хоть слово кому-то о запутанности... – Он пригрозил пальцем, который тут же раздвоился и интерферировал сам с собой.

– Я... я напишу рецензию, – шепчу я. – Что это блестящий, едкий и дико смешной гид по самому странному, что придумала природа. И что автор гений-просветитель.

В комнате воцарилась тишина. Две вероятностные амплитуды на мгновение согласовались.
– Проходите, – кивнул Спин Влевo, указывая на дверь. – Вы свободны. На время.

Значит, так. Вы только вдумайтесь. Всё, что мы называем «стабильностью», «надёжностью мироздания» это, по сути, результат вселенской лени. Великой квантовой неохоты. Обломовской неги...

Сидит себе Солнце, термоядерная топка космического масштаба. Протонов в нём ну, грубо, как песчинок на всех пляжах всех галактик, которые вы придумаете, помноженное на ещё какое-нибудь немыслимое число. И все они, в принципе, могли бы прореагировать. Взорваться. Рвануть. Освободить энергию.

Но нет.

Они, протоны, квантовые. А квантовые частицы они как нерешительные гости на вечеринке, которые стоят у стены с бокалом и взвешивают: «А подойти? А не подойти? А вдруг откажут?». Вероятность туннелирования сквозь барьер? она есть. Но она, с точки зрения макромира, просто смехотворно, оскорбительно мала. Это не дорога, а узенькая, пыльная тропинка, на которой две частицы могут разминуться, только если одна из них в суперпозиции состояний «идти» и «не идти».

И вот из-за этой вселенской, фундаментальной, заложенной в ткань реальности нерешительности Солнце не взрывается как петарда. Оно тихо, мирно, с достоинством тлеет. Растягивает удовольствие. Как сигара, которую курит Бох, пребывающий в глубокой задумчивости.

А мы-то тут. Биологические пучки возбуждённых электронов на пылинке возле этой тихо тлеющей сигары. Мы строим планы на лето. Переживаем из-за курса валют. Книжечки почитываем. И вся наша история, от первого амебообразного пузыря до последнего апчиха, это просто тонкая плёнка жизни на поверхности угля, который нехотя выдаёт нужное количество тепла. Потому что законы квантового мира велели ему не спешить.

Мы — продукт космического промедления. Дети звёздной прокрастинации.

Спин Вправо, конечно, сказал бы, что это чушь и что я всё неправильно трактую. А Спин Влево улыбнулся бы и спросил: «Но разве не прекрасно быть частью такого неторопливого, растянутого во времени чуда?».

А я бы просто выпила свой кофе. Потому что осознание того, что твоё существование это побочный эффект от нежелания протонов близко подходить друг к другу, требует крепкого напитка. Или двадцати пяти эссе Семихатова, чтобы хотя бы попытаться с этим смириться.

А вот дальше мой любимый трюк. Классика жанра.

Мы представляем атом как солнечную систему. Ядро – Солнце. Электроны – планеты, которые чинно носятся по орбитам. Это утешительно. Это понятно.

Это ложь.

На самом деле, спросите у электрона: «Извини, а где ты, собственно, находишься?»

Он посмотрит на вас пустотой своего не-местоположения и честно ответит: «Да нигде».

И это не игра слов. Это не «он так быстро мечется, что его не поймать». Это фундаментальнее. У него просто нет такого параметра в базовой комплектации. «Координаты» есть опция, которая появляется только в момент грубого, топорного взаимодействия с чем-то большим и тупым. Типа нашего детектора. Или нашего мозга, который нарисовал себе планетарную модель.

Мы пытаемся поймать облако, спрашивая у него: «Ну в какой капле воды ты сейчас?». А облако оно просто есть. Размазано. Вероятностно. Возможность дождя.

Вся наша интуиция о твёрдости, о том, что стол – это стол, а я сижу на стуле – это грандиозная иллюзия, созданная статистическим заговором триллионов этих «не-находящихся» нигде частиц. Мир, который мы ощущаем, построен из сущностей, для которых понятие «быть здесь» слишком примитивно и невыразительно.

А электроны тем временем просто продолжают не находиться. Такая вот странная основа всего сущего.

О... а еще электрон никак не выглядит. Атом не выглядит. Они призраки, у которых нет лица. Всё, что у нас есть это синяки, которые они оставляют на макроскопической реальности. Тонкая черта в пузырьковой камере по сути автограф, оставленный на тумане. Свечение люминофора на старом экране как призрачное эхо их прыжка с орбиты на орбиту.

Мы изучаем Вселенную, глядя на её синяки и царапины. Строим теории, глядя на световые зайчики от невидимого фонаря. Вся наука это криминалистика на месте преступления, где преступник принципиально не имеет формы, а улики всего лишь его отражения в разбитом зеркале наших приборов.

А призраки тем временем рисуют нам все картины мира. И мы, наивные, думаем, что видим оригинал.

Мы учим в школе: атом — это ядро и электронное облако. Картинка в учебнике: маленькая точечка и размытый ореол вокруг. И все думают: «Ну, ядро поменьше, облако побольше».

А теперь возьмите этот «ореол» и увеличьте его. Не в два раза. Не в сто. Увеличьте его так, чтобы весь атом стал размером с собор Святого Петра в Риме. Всё это величественное пространство куполов, нефов, алтарей: это будет наше электронное облако. А где же ядро?

А ядро будет пылинкой. Обычной пылинкой. Летящей где-то под самым куполом. Весь объём атома это, ё-мое, пустота, населённая призрачными вероятностями. А вся его масса, вся «материальность» сконцентрирована в этой невидимой, ничтожной по размеру пылинке.

Мы живем в мире, который на 99.9999999999% состоит из пустоты, оживленной квантовыми полями.

Я, на самом деле, наверное, только этот факт из всей книги и запомнила. Ну просто потому что офигела. И теперь хочу рассказывать его всем и всюду.

ИвановСидоров: Мисс Королева Строгая Злая Мучительница, а можно мне сегодня после уроков пересдать басню? Ну пожалуйста…

Я: Милый мальчик, присядь-ка на секунду. Отложи свой невыученный «Квартет». Ответь-ка мне лучше на один простой вопрос. А знаешь ли ты, каков характерный размер атомного ядра по сравнению с самим атомом?..

Вы закончите последнее эссе с чётким пониманием ровно одной вещи: вы ничего не поняли. Но теперь вы осознанно ничего не понимаете. Вы приняли в душу масштаб вселенского абсурда.

Вероятность того, что после этой книги ваш мозг испытает полезную и восхитительную декогеренцию, стремится к единице. А вероятность того, что вы сможете внятно объяснить кому-либо, о чём она, благополучно коллапсирует в ноль.

Спин Вправо грозится посадить вас за разглашение. Спин Влево предлагает чай и сочувственно кивает. Дверь из комнаты следователей №999 ведёт обратно в наш привычный, твёрдый, надежный мир.

Но вы-то теперь знаете. Он твёрдый ровно настолько, насколько позволяет нам коллективная галлюцинация триллионов частиц, у которых нет положения в пространстве.

Искренне рекомендую эту книгу всем, кто уверен, что реальность это нечто простое и очевидное. После прочтения вы наконец-то обретёте твёрдую почву под ногами. Правда, эта почва окажется размазана по всей Вселенной и будет вежливо уклоняться от вопроса о своём местоположении. 10/10, с коллапсом волновой функции.