ПЯТОЕ ИЗМЕРЕНИЕ. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДЫ ВРЕМЕНИ

Амбассадорами лагеря сторонников квантовой теории были Бор и Гейзенберг, а противниками оказались Эйнштейн и Шрёдингер, стоявшие у ее истоков. Признавая несомненные успехи новой теории и даже временами искренне восторгаясь ими, отцы-основатели открыто недолюбливали свое дитя за его непредсказуемый характер. Шрёдингеру, автору волновых уравнений, применяемых для решения квантовых задач, она не нравилось настолько, что он даже сожалел о своей причастности к ней. В одной из своих статей он отмечает, что квантовая механика«пока всего лишь удобный трюк, который, однако, приобрёл… чрезвычайно большое влияние на наши фундаментальные взгляды на природу». Вечным оппонентом квантовой теории оставался и Эйнштейн. В пылу жарких научных споров он не раз восклицал: «Бог не играет в кости со Вселенной!». Великий ученый не отвергал теорию полностью, но не мог принять ее в качестве окончательного варианта для фундамента физики. Эйнштейну не хватало в ней единства, целостности, полноты картины мира, какого-то скрытого, но очень важного параметра.

В 1935 году после опубликования статьи Эйнштейна-Подольского-Розена о неполноте квантовой механики Шрёдингер направил Эйнштейну письмо со словами поддержки и в продолжение темы предложил мысленный эксперимент, который наглядно демонстрировал суть проблемы. Эксперимент получил широкую известность как парадокс «кота Шрёдингера»,Иллюстрация 4.

Иллюстрация 4. Кот Шрёдингера. Кот в условиях квантовой неопределенности. Кот жив или кот мёртв?

Кот помещается в закрытую коробку. За перегородкой находится «дьявольская машина»: счётчик Гейгера, крупинка радиоактивного вещества и синильная кислота. Когда атом вещества распадется, вылетит элементарная частица, счетчик Гейгера сработает и приведет в действие молоточек. Он разобьет колбу с синильной кислотой и кот тут же отравится. Когда вылетит частица никто не знает, но наблюдателю задается вопрос: кот жив или мертв? Так как распад атома – исключительно квантовое событие, то и кота придется описывать как квантовый объект. До тех пор, пока наблюдатель не открыл коробку, кот не жив и не мертв. Он существует в виде сочетания различных квантовых состояний или суммы двух волн. Одна из этих волн описывает мертвого кота, другая – живого. Вероятность 50 %, что атом не распался и кот жив, такая же вероятность, что атом распался и кот мертв. Живой и мертвый кот как бы смешаны и равномерно размазаны по объему коробки.

Если следовать копенгагенской интерпретации, единственный способ определить, жив кот или мертв – открыть короб и произвести наблюдение. В этот момент волновая функция схлопнется в мертвого или живого кота. Наблюдение (для которого требуется сознание) будет определять его существование.

По Шрёдингеру суть эксперимента состояла в том, что неопределённость на квантовом уровне должна привести к неопределённости, размытости в макроскопическом масштабе («смесь» живого и мёртвого кота). Это не соответствует требованию определённости состояний макрообъектов независимо от их наблюдения и, следовательно, не позволяет принять «модель размытости» в качестве реальной картины мира. Эйнштейну эксперимент понравился, хотя он рассматривал его суть несколько по-иному – как возможность статистического описания эксперимента и статистического опровержения копенгагенской интерпретации.

Аргументы Эйнштейна и Шрёдингера не могли остановить дальнейшее успешное развитие квантовой физики, наоборот, помогли работе над прояснением некоторых принципиально важных её аспектов. Старая Копенгагенская интерпретация теории перестала пользоваться популярностью – сегодня она уступила место интерпретации многомировой. В новой трактовке Вселенная расщепляется надвое, где в одной вселенной кот жив, а в другой – мертв. Или на множество вселенных, где кот существует в различных состояниях.

Научная и философская проблема физической реальности так и осталась нерешенной. Кот Шрёдингера продолжает гулять сам по себе, где и как ему вздумается. Сегодня наука, достигнув фантастических высот, вновь признает, что на трудном пути познания природы ей, как и некогда великому физику, не хватает какого-то неизвестного, но очень важного параметра, позволяющего достичь единой и целостной картины мира. Все больше исследователей, подозревая, что Эйнштейн, возможно, был прав, обращаются к теме единой теории поля. Ученые продолжают поиски, предполагая, что могут существовать пока не обнаруженные элементарные частицы, по своим свойствам не совсем похожие на другие частицы Стандартной модели. Они должны дать возможность найти концы нитей в клубке квантовой запутанности. Поиски недостающих частей системы ведутся в космосе и на ускорителях.

Из элементарных частиц состоит все известное нам вещество, вся таблица Менделеева. Атом состоит из облака электронов, летающих вокруг крохотной плотной сердцевины, где сосредоточена почти вся масса – ядра, состоящего из протонов и нейтронов. Оно примерно в 100 тысяч раз меньше самого атома, т.е. в атоме больше пустоты, чем твердости. Если бы ядро было размером с горошину, то атом был бы по размеру с футбольный стадион. А если из атомов тела человека убрать всё свободное пространство, то человек с комфортом мог бы разместиться в горошине.

Однако оказывается, что могут существовать и другие атомы, экзотические. В так называемоммюонном атоме на место одного из электронов встраивается отрицательный мюон, характеристики которого совпадают с характеристиками электрона во всем, кроме массы. Из-за того, что мюон тяжелее своего собрата-электрона в 207 раз, мюонная орбиталь меньше электронной ровно на столько же, соответственно, размер мюонного атома получается в те же 207 раз меньше обычного. Но ядро-то остается прежним. Поэтому для мюона вероятность оказаться внутри ядра возрастает в 2073, то есть почти в девять миллионов раз больше по сравнению с электроном. Для тяжёлых атомов радиус орбиты мюона становится меньше радиуса ядра. Облако находится уже не во вне, а начинает струиться где-то в недрах ядра. Схематичное сравнение обычного и мюонного атомов показано на Иллюстрации 5. Такое строение мюонного атома, похожее на коробочку с сюрпризом, сильно влияет на его свойства.

Иллюстрация 5. Сравнение моделей обычного (слева) и мюонного (справа) атомов

Экзотический квант

Понятие «экзотическая материя» применяется в физике элементарных частиц, в теории о строении «кротовых нор», используется при создании материалов с необычными свойствами. Так называют вещество, которое нарушает какие-либо известные физические закономерности, ведёт себя очень странно, не так, как обычная материя. Образцы некоторых видов экзотической материи ученым удается получить практически, как, например, мюонные атомы или вакуум Казимира. А существование других допускается только гипотетически, например, вещество с антигравитационными свойствами или вещество с отрицательной массой.

С полным правом к экзотической материи можно отнести и человека. Он обладает целым набором характеристик, нарушающих законы физики. Человек, в отличии от всей прочей материи, бесцеремонно попирает главное достояние физической науки – он нарушает энергетические условия.

Соблюдение энергетических условий означает, что камень не будет катиться от подножия на вершину горы, он может только падать вниз с вершины. Река не будет течь в гору, она может только стекать с горы, а на равнине будет искать себе русло, огибая все возвышения рельефа и стремясь к достижению уровня мирового океана. Всё в природе стремится к соблюдению энергетических условий. Всё, кроме человека – он устремлен на достижение вершин. Даже если у него нет намерения покорить горный Эверест, он стремится к достижению иных вершин: профессиональных, спортивных, научных и т. д. И даже если человек не стремится ни к каким вершинам, ему все равно приходится постоянно преодолевать энергетический барьер: учиться, справляться с трудностями взросления, выстраивать семейные отношения, добывать хлеб насущный, заботиться о близких и т. д. Преодоление – это то, что движет прогрессом человеческого общества. Не свободное скольжение по физической глади жизни, а воля к преодолению делает человека человеком и отличает его от всех иных видов живой и неживой материи.

Человек нарушает даже законы гравитации. Разумеется, он, как и вся другая материя на Земле, испытывает на себе силу гравитационного притяжения. Но способен преодолевать ее – он может, например, подпрыгнуть. С одной стороны, смешно и упоминать про такую способность, однако на фоне всей другой неживой материи она является уникальной – камни прыгать не умеют. Человек сообщает мышцам ног силу для совершения работы, направленной на преодоление силы тяжести. Он использует свою внутреннюю энергию для придания телу ускорения, направленного в сторону, противоположную действию сил гравитации. Его действие является гравитационно-отталкивающим. Он обладает способностью кратковременного преодоления гравитации без приложения сторонних сил – благодаря этому может перемещаться по поверхности планеты в любом направлении. В процессе освоения ближнего космоса человек смог полностью оторваться от оков гравитации. Для этого ему потребовалась дополнительная энергия, но он смог ее получить и использовать.

Человек – это сложная система, состоящая из множества молекул, клеток, органов, подсистем. При этом каждый отдельный элемент, обособленная часть, оторванная от связей с системой человеческого организма, сама по себе не имеет абсолютно никакого значения. Человек – это единое целое, которое несравненно больше, чем просто сумма его частей. В этом целостном единстве он является неделимой частицей.Человека с полным на то основанием можно назвать антропным квантом.Квант, конечно, не типичный, экзотический, но это именно квант:

• Во-первых, человек обладает собственной внутренней энергией – способностью к действию, деятельности, совершению работы, не связанной с воздействием на него иных сил или переносом вещества.

• Во-вторых, энергия одного человека – это самая маленькая порция энергии вещества, называемого разумной живой материей. Меньше не бывает.

• В-третьих, энергия, которой располагает человек, является неделимой величиной. Человек может поделиться результатами работы своей энергии, но не может поделиться самой энергией.

Антропный квант имеет свои наблюдаемые физические характеристики, которыми можно описать его физическое состояние: массу, рост, возраст, силу, скорость, давление и т. д. Физические характеристики меняются в зависимости от различных факторов, особенно от возраста, но при этом не могут выходить за рамки определенного диапазона.

Антропный квант существует как эффективная энергетическая машина, работающая по законам физики, и являющаяся одновременно:

• Потребителем энергии.

• Преобразователем энергии.

• Генератором энергии.

• Аккумулятором энергии.

Человек потребляет энергию вместе с пищей в количестве, примерно соответствующем потреблению одной лампочки накаливания на 100-150 Ватт. В результате обменных процессов потребленная энергия преобразуется в тепловую энергию тела, в кинетическую энергию сокращения мышц, в электрическую энергию центральной нервной системы. Часть энергии человек расходует «на себя» – на переваривание пищи, на перемещение в пространстве массы своего тела и на обеспечение работы внутренних органов. Наиболее энергетически затратным органом является мозг – составляя всего 2 % от массы тела, он никогда не прекращает свою работу и потребляет в состоянии покоя около 10 % всей энергии организма, в состоянии активности – до 25 %, а в стрессовых ситуациях – до 40 %. Помимо обеспечения жизнедеятельности собственного организма, часть энергии расходуется на совершение внешней работы. Человек обладает способностью аккумулировать энергию и обходиться в течение нескольких дней без потребления пищи.