Експерименталното изследване на квантовите системи позволи да се открие наличието на статистически свойства в тях: повтаряне на експеримента с квантова система във фиксирана 50 експерименталните условия могат да доведат до неповтарящи се резултати. Пример за това е последователното преминаване на фотони с еднаква поляризация през анализатор: някои фотони преминават през него, докато други се отразяват. Квантовата механика правилно описва статистиката на такива експерименти, но не обяснява природата на тази статистика; последното се постулира от квантовата теория.

Съществуващите хипотези за естеството на статистическата природа на квантовите системи са ясно разделени на два класа. Първата включва хипотези, които свързват статистическите свойства на квантовите системи с двойствеността на вълната и частиците на свойствата на микрочастиците, с влиянието на физическите полета върху вакуумните частици и т.н. Общото между тях е признаването на обективното съществуване на случайни явления в микросвета. Диалектическият материализъм разглежда статистическата връзка между първоначалното състояние на системата и резултата от експеримента като нова природа на причинно-следствените връзки, които не могат да бъдат сведени до класическата причинност. В. И. Ленин пише за опростено, приблизително представяне на обективната връзка на явленията чрез класическата причинност [2, том 18, с. 139 ] много преди създаването на квантовата механика.

(Логичното заключение на първата хипотеза в рамките на концепцията за интегритет е заключението, че естествената основа за статистическата природа на квантовите обекти е обективното свойство на крайната неподробност на техните състояния по отношение на елементи и множества) :

Вторият клас включва хипотези, които предполагат наличието в комплекса квантова система-измервателно устройство на така наречените скрити параметри, които все още не са наблюдавани. Предполага се, че всяка стойност на скрит параметър еднозначно определя резултата от отделен експеримент, а статистиката, наблюдавана и описана от квантовата механика, е резултат от осредняване на всички стойности на скритите параметри. По този начин тези хипотези предполагат връзка едно към едно между стойността на скрит параметър и резултата от отделен експеримент, т.е. съществуването на класически причинно-следствени връзки в квантовата физика.

Установяването коя от тези две възможности се реализира в природата е от фундаментално значение за физиката и философията, тъй като е свързано с въпроса за съществуването или несъществуването на некласически причинно-следствени връзки.

Критика на експерименталните изводи е дадена от Бор, който показва, че възникналият парадокс е резултат от предположението за локалността на квантовите системи [28, p. 187-188, 425-428]. Отказът от това предположение, т.е. признаването на съществуването на корелация между отделните части на квантовата система (характеризирана с термина "интегритет"), елиминира EPR парадокса.

Именно анализът на парадокса на EPR накара Бор да формулира принципа на комплементарност за квантовите системи, който изразява една от основните разлики между последните и класическите системи. Принципът на взаимното допълване изисква разглеждане на квантовата система и измервателното устройство като единна интегрална система. Резултатите от измерването на една квантова система зависят от нейното състояние, както и от конструкцията и състоянието на измервателното устройство. Фок нарича това свойство на квантовите системи относителност спрямо средствата за измерване.

Три експеримента изследваха корелацията на поляризациите на фотони, излъчени по време на анихилация на позитроний. В трудовете на Касдай, Улман и Би [208; 209] получи резултати, съответстващи на QM. Gutkowski, Notarrigo и Pennisi заключиха, че резултатите са в съответствие с TSP. Въпреки това, тъй като първоначалното състояние на позитрония не е известно и резултатите от работата съответстват на горната граница на неравенството на Бел и се намират между квантово-механичните резултати, съответстващи на различни допускания за първоначалното състояние на позитроний, не може да се направи надеждно заключение от тази работа. Работата на Ламехи-Рахти и Митиг изследва корелацията между поляризациите на два протона при протон-протонно разсейване; експерименталните резултати са в съответствие с QM.

Следващият набор от експерименти изследва корелацията между поляризациите на два фотона, излъчени от атом по време на каскаден радиационен преход. Работата на Фридман и Клаузър използва калциеви атоми; резултатите са в съответствие с CM.

Изследванията на Холт и Пипкин са използвали живачни атоми; Резултатите са в съответствие с TSP, но не са получени достатъчно чисто и следователно са ненадеждни. Това може да се види от работата на Клаузер, който повтори експеримента, базиран на различен метод за възбуждане на атоми [189; 227; 228]. Получените от него резултати са доста надеждни и в съответствие с QM. Frey и Thomson използват радиация от различен изотоп на живака и различна каскада от радиация; Получените резултати са в съответствие с QM.

Специално внимание заслужава експериментът на Аспек, Гренгие и Роджър, които изследват излъчването на калций. Авторите значително увеличиха броя на измерванията в сравнение с предишни работи и получиха по-голяма статистическа точност. Резултатите се съгласуват добре с QM и нарушават неравенството на Бел с девет стандартни отклонения, което прави заключенията много надеждни. Увеличаване на разстоянието от източника до всеки анализатор до 6,5 мне промени резултатите от експеримента, което показва независимостта на корелациите на дълги разстояния от разстоянието.

Натрупаният теоретичен и експериментален материал все още не ни позволява да направим окончателен избор между TSP и QM. Формулирането на постулата за местността и структурата на TSP могат да бъдат подобрени. Вече има работа, обобщаваща теоремата на Бел. Могат да се извършват нови експерименти с други обекти; има предложение за използване за 55 експериментални частици, които се разпадат в резултат на слабо взаимодействие и др [198; 243].

Въпреки това, въз основа на наличната теоретична и експериментална работа, могат да се направят следните заключения.

    Експерименталните данни очевидно противоречат на местния TSP и базираната на него теорема на Бел. Двата експеримента, съответстващи на теоремата на Бел, са сред най-ранните, не са проведени достатъчно подробно и не са потвърдени от по-късна работа.

    По този начин съществуващите TSP противоречат на наблюдаваните свойства на квантовите системи. Досега не е било възможно да се „замени“ TSP с QM и да се възстанови класическата причинност в квантовата физика. Нерелативистичната квантова теория остава единствената теория в своята област, която правилно описва експерименталните факти.

    Съществуването на дългосрочни корелации в квантовите системи е установено експериментално: директно - чрез потвърждаване на QM - и косвено - чрез фалшифициране на теоремата на Бел и постулата за локалност, на който тя се основава.

    Наличието на корелации на дълги разстояния не е специфично за експерименти от типа EPR; те са добре известни в други квантови явления: интерференция на светлината в експеримента на Майкелсън, съществуването на свръхфлуиден компонент в течния хелий и двойки електрони на Купър в свръхпроводниците.

    Алтернативата – локалност или цялостност – се решава в полза на целостта на квантовите системи, която е заложена в КМ под формата на принципа за неразличимост на еднаквите частици и принципа на комплементарността.

    Свойството на квантовите системи, наблюдавано експериментално и описано от QM апарата - запазването на корелациите между частите на системата, когато взаимодействието между тях клони към нула - не е тривиално. За тълкуването му е необходим диалектически подход.

    Проблемът за целостта, въпросът за връзката между частта и цялото е особено остър, поставен от физиката на елементарните частици. Постигнатото обединение на електромагнитните и слабите взаимодействия и задачата пред съвременната физика за „голямото обединение“ на всички взаимодействия по същество представляват различни етапи на картографиране във физиката на целостта на околния свят, универсалната връзка и взаимозависимост на явленията от които е едно от законите на материалистическата диалектика. 56

Алексей Паевски

Първо, струва си да развенчаем един мит. Айнщайн никога не е казвал думите „Бог не играе на зарове“. Всъщност той пише на Макс Борн относно принципа на неопределеността на Хайзенберг: „Квантовата механика е наистина впечатляваща. Но вътрешен глас ми казва, че това все още не е идеално. Тази теория казва много, но все още не ни доближава до разгадаването на тайната на Всевишния. Поне съм сигурен, че Той не хвърля заровете."

Но той също пише на Бор: „Вие вярвате в Бог, който играе на зарове, а аз вярвам в пълната закономерност в света на обективно съществуващите неща.“ Тоест в този смисъл Айнщайн говори за детерминизма, че във всеки един момент можете да изчислите позицията на всяка частица във Вселената. Както Хайзенберг ни показа, това не е така.

Но въпреки това този елемент е много важен. Наистина, колкото и да е парадоксално, най-великият физик на 20-ти век Алберт Айнщайн, който пречупи физиката на миналото със своите статии в началото на века, по-късно се оказа ревностен съперник на още по-новата, квантовата механика. Цялата му научна интуиция протестираше срещу описването на явленията на микросвета от гледна точка на теорията на вероятностите и вълновите функции. Но е трудно да се противопоставим на фактите - и се оказа, че всяко измерване на система от квантови обекти я променя.

Айнщайн се опита да се „измъкне“ и предположи, че в квантовата механика има някои скрити параметри. Например, има определени под-инструменти, които могат да се използват за измерване на състоянието на квантов обект, без да го променят. В резултат на такива разсъждения през 1935 г., заедно с Борис Подолски и Нейтън Розен, Айнщайн формулира принципа на локалността.

Алберт Айнщайн

Този принцип гласи, че резултатите от всеки експеримент могат да бъдат повлияни само от обекти, разположени близо до мястото, където се провежда. В този случай движението на всички частици може да бъде описано, без да се използват методите на теорията на вероятностите и вълновите функции, като се въвеждат в теорията онези много „скрити параметри“, които не могат да бъдат измерени с помощта на конвенционални инструменти.

Теорията на Бел

Джон Бел

Изминаха почти 30 години и Джон Бел теоретично показа, че действително е възможно да се проведе експеримент, чиито резултати ще определят дали квантово-механичните обекти са наистина описани от вълнови функции на вероятностното разпределение такива, каквито са, или има скрит параметър, който позволява те трябва да бъдат точно описани позиция и импулс, като билярдна топка в теорията на Нютон.

По това време не е имало технически средства за провеждане на такъв експеримент: първо трябва да се научи как да се получат квантово заплетени двойки частици. Това са частици, които са в едно квантово състояние и ако са разделени на някакво разстояние, те все още моментално усещат какво се случва една с друга. Написахме малко за практическото използване на ефекта на заплитане в квантовата телепортация.

Освен това е необходимо бързо и точно измерване на състоянията на тези частици. И тук всичко е наред, можем и това.

Има обаче трето условие, за да тествате теорията на Бел: трябва да съберете големи статистически данни за случайни промени в настройките на експерименталната настройка. Тоест, беше необходимо да се проведат голям брой експерименти, чиито параметри да бъдат зададени напълно произволно.

И тук има проблем: всички наши генератори на случайни числа използват квантови методи - и тук можем сами да въведем същите тези скрити параметри в експеримента.

Как геймърите избират числа

И тук изследователите бяха спасени от принципа, описан във вица:

„Един програмист се приближава до друг и казва:

– Вася, трябва ми генератор на произволни числа.

— Сто шестдесет и четири!

Генерирането на произволни числа беше поверено на геймърите. Вярно е, че човек всъщност не избира числа на случаен принцип, но точно това е, на което изследователите са си послужили.

Те създадоха браузърна игра, в която задачата на играча беше да получи възможно най-дългата последователност от нули и единици - докато чрез действията си играчът обучаваше невронна мрежа, която се опитваше да познае кое число ще избере човекът.

Това значително увеличи „чистотата“ на случайността и ако вземете предвид широчината на отразяване на играта в пресата и репостовете в социалните мрежи, тогава до стотици хиляди хора играеха играта едновременно, потокът от числа достигна хиляда бита в секунда и повече от сто милиона произволни избора вече бяха създадени.

Тези наистина произволни данни, използвани в 13 експериментални настройки, в които са заплетени различни квантови обекти (един с кубити, два с атоми, десет с фотони), са достатъчни, за да покажат, че Айнщайн все пак е грешал.

В квантовата механика няма скрити параметри. Статистиката показа това. Това означава, че квантовият свят си остава наистина квантов.

Скрити параметри и граници на приложимост на квантовата механика.

Н.Т. Сайнюк

Работата показва, че ненулевият размер на елементарните частици може да се използва като скрит параметър в квантовата механика. Това направи възможно да се обяснят основните физични концепции, използвани в теорията на вълните на де Бройл, двойствеността вълна-частица и спина. Показана е и възможността за използване на математическия апарат на теорията за описание на движението на макротела в гравитационно поле. Предсказва се съществуването на дискретни вибрационни спектри на елементарни частици. Разгледан е въпросът за еквивалентността на инертните и гравитационните маси.

Въпреки почти вековното съществуване на квантовата механика, дебатът за пълнотата на тази теория продължава и до днес. Успехите на квантовата механика в отразяването на съществуващите закони в областта на субатомния свят са несъмнени. В същото време някои физически концепции, с които работи квантовата механика, като двойствеността на вълната и частицата, отношението на несигурност на Хайзенберг, спинът и др., остават неясни и не намират подходящо оправдание в рамките на тази теория. Сред учените има широко разпространено мнение, че проблемът с обосноваването на квантовата механика е тясно свързан със скрити параметри, тоест физически величини, които наистина съществуват, определят резултатите от експеримент, но по някаква причина не могат да бъдат открити. В тази работа, базирайки се на аналогия с класическата физика, се показва, че ненулевият размер на елементарните частици може да претендира за ролята на скрит параметър.

Траектория в класическата и квантовата физика.

Да си представим материално тяло с маса на покой, например ядро, летящо в пространството със скорост на достатъчно голямо разстояние от други тела, за да може да се изключи тяхното влияние. В класическата физика такова състояние на тяло се описва с траектория, която установява местоположението на неговата централна точка в пространството във всеки момент от времето и се определя от функцията:

Колко точно е това описание? Както е известно, всяко материално тяло с маса в покой има гравитационно поле, което се простира до безкрайност и което не може да бъде отделено от тялото по никакъв начин, поради което трябва да се счита за неразделна част от материалния обект. В класическата физика при определяне на траектория по правило потенциалното поле се пренебрегва поради малката му стойност. И това е първото приближение, което класическата физика позволява. Ако се опитаме да вземем предвид потенциалното поле, тогава понятието като траектория ще изчезне. Невъзможно е да се припише траектория на безкрайно голямо тяло и формулата (1) би загубила всякакъв смисъл. Освен това всяко материално тяло има някакви измерения и също не може да бъде локализирано в една точка. Можем да говорим само за обема, който едно тяло заема в пространството или неговите линейни размери. И това е второто приближение, което класическата физика позволява, дарявайки физическите тела с траектории. Наличието на размери за материалните тела води до друга несигурност - невъзможността да се установи точно времето на местоположението на материалното тяло в пространството. Това се дължи на факта, че скоростта на разпространение на сигнала в природата е ограничена от скоростта на светлината във вакуум и все още няма надеждно експериментално установени факти, че тази скорост може да бъде значително надвишена. Това може да се направи само с определена точност, необходима за светлинния сигнал да измине разстояние, равно на линейния размер на тялото:

Несигурността в пространството и времето в класическата физика е от фундаментално естество, тя не може да бъде заобиколена с никакви трикове. Тази несигурност може само да се пренебрегне, което се прави навсякъде и за повечето практически инженерни изчисления точността без отчитане на несигурностите е напълно достатъчна.

От горното могат да се направят два извода:

1. Траекторията в класическата физика не е строго обоснована. Тези концепции могат да се прилагат само когато е възможно да се пренебрегне потенциалното поле на материалния обект и неговите размери.

2. В класическата физика съществува фундаментална несигурност при определяне на позицията на тялото в пространството и времето поради наличието на размери на материални тела и крайната скорост на разпространение на сигналите в природата.

Оказва се, че отношението на неопределеността на Хайзенберг в квантовата механика също се дължи на тези два фактора.

В квантовата механика няма понятие за траектория. Изглежда, че като прави това, квантовата механика елиминира гореспоменатите недостатъци на класическата физика и по-адекватно описва реалността. Това е само отчасти вярно и има много съществени нюанси. Нека разгледаме този въпрос на примера на електрон в покой в ​​коя координатна система. От класическата физика, по-специално от закона на Кулон, е известно, че електронът, който има електрическо поле, е безкраен обект. И във всяка точка на пространството това поле присъства. В квантовата механика такъв електрон се описва от вълнова функция, която също има ненулева стойност във всяка точка в пространството. И в това отношение правилно отразява факта, че електронът заема цялото пространство. Но това се обяснява по различен начин. Според интерпретацията от Копенхаген, квадратът на модула на вълновата функция в дадена точка в пространството представлява плътността на вероятността за откриване на електрон в тази точка по време на процеса на наблюдение. Правилно ли е това тълкуване? Отговорът е ясен – не. Електронът, като безкраен обект, не може да бъде моментално локализиран в една точка. Това директно противоречи на специалната теория на относителността. Колапсът на електрон в точка е възможен само ако скоростта на разпространение на сигналите в природата е безкрайна. Досега експериментално не са открити подобни факти. В нашия случай, реалното поле, квантовата механика сравнява вероятността за откриване на електрон в даден момент. Очевидно е, че подобно тълкуване на квантовата механика не отговаря на реалността, а е само някакво приближение към нея. И не е изненадващо, че когато описва електрическото поле на електрона, квантовата механика се сблъсква с големи математически трудности. Примерът по-горе показва защо това се случва. Законът на Кулон е детерминистичен закон, докато квантовата механика използва вероятностен подход. В този случай класическата физика е по-адекватна. Тя ви позволява да определите силата на електрическото поле във всяка област на пространството. Всичко, което е необходимо за това, е да посочите в закона на Кулон координатите на точката, в която това поле трябва да бъде разпознато. И тук директно се сблъскваме с въпроса за границите на приложимост на квантовата механика. Успехите на квантовата теория в различни посоки са толкова огромни и прогнозите са толкова точни, че мнозина се чудят дали има граници на нейната приложимост. За съжаление те съществуват. Ако има нужда да се премине от вероятностно описание на света към неговото детерминистично тълкуване такъв, какъвто е в действителност, тогава трябва да помним, че именно при този преход се изчерпват силите на квантовата механика. Тя се справи блестящо със задачата си. Неговите възможности далеч не са изчерпани и все още може да обясни много. Но това е само някакво приближение до реалността и, съдейки по резултатите, е много успешно приближение. По-долу ще покажем защо това стана възможно.

Вълнови свойства на частиците, двойственост вълна-частица
в квантовата механика.

Това е може би най-объркващият въпрос в квантовата теория. По тази тема са написани безброй трудове и изказани мнения. Експериментът ясно показва, че феноменът съществува, но е толкова неразбираем, митичен и необясним, че дори послужи като повод за шеги, че частицата по собствена прищявка се държи като корпускула в някои дни от седмицата и като махайте на другите. Нека покажем, че съществуването на скрит параметър с ненулев размер на частиците ни позволява да обясним това явление. Да започнем със съотношението на неопределеността на Хайзенберг. То също многократно е потвърждавано от експерименти, но също така не намира подходящо оправдание в рамките на квантовата теория. Нека използваме изводите от класическата физика, че за да възникне неопределеност е необходимо наличието на два фактора и да видим как тези фактори се прилагат в квантовата теория. За скоростта на светлината можем да кажем, че тя е органично вградена в структурата на теорията и това е разбираемо, тъй като почти всички процеси, с които се занимава квантовата механика, са релативистични. И просто не можете без специалната теория на относителността. С друг фактор нещата са различни. Всички изчисления в квантовата механика се извършват при предположението, че частиците, с които се работи, са точкови, с други думи, второто условие за възникване на връзката на несигурност отсъства. Нека въведем ненулевия размер на елементарните частици в квантовата механика като скрит параметър. Но как да го изберем? Физиците, участващи в развитието на теорията на струните, са на мнение, че елементарните частици не са точковидни, но това се проявява само при значителни енергии. Възможно ли е тези размери да се използват като скрит параметър. Най-вероятно не по две причини. Първо, тези предположения не са напълно оправдани, а от друга страна, енергиите, с които работят разработчиците на струнната теория, са толкова големи, че тези идеи трудно могат да бъдат проверени експериментално. Ето защо е по-добре да се търси кандидат за ролята на скрит параметър на нискоенергийно ниво, което е достъпно за експериментална проверка. Най-подходящият кандидат за това е дължината на вълната на Комптън на частицата:

Постоянно се вижда и фигурира във всички справочници, но не намира подходящо обяснение. Нека намерим приложение за него и постулираме, че дължината на вълната на Комптън на една частица определя, до известна степен, размера на тази частица. Да видим дали дължината на вълната на Комптън удовлетворява съотношението на несигурност на Хайзенберг. За да се измине разстояние, равно на скоростта на светлината, необходимото време е:

Замествайки (4) в (3) и вземайки предвид, че получаваме:

Както може да се види в този случай, съотношението на неопределеността на Хайзенберг е изпълнено точно. Горните съображения не могат да се считат за оправдание или извеждане на връзката на неопределеността. Тук само констатираме факта, че условията за възникване на несигурност, както в класическата физика, така и в квантовата теория, са абсолютно еднакви.

Нека разгледаме преминаването на частица със скорост с размерите на дължината на вълната на Комптън през тесен процеп. Времето, необходимо на една частица да премине през процеп, се определя от израза:

Благодарение на своето потенциално поле, частицата ще взаимодейства със стените на празнината и ще изпита известно ускорение. Нека това ускорение е малко и скоростта на частицата след преминаване през процепа, както преди, може да се счита за равна на . Ускоряването на частицата ще предизвика вълна от смущения на собственото й поле, която ще се разпространява със скоростта на светлината. По време на преминаването на частицата през процепа тази вълна ще се разпространи на разстояние:

Замествайки изрази (3) и (6) в израз (7), получаваме:

По този начин въвеждането на ненулевия размер на частиците в квантовата механика като скрит параметър позволява автоматично да се получат изрази за дължината на вълната на де Бройл. За да получи това, което квантовата механика е била принудена да вземе от експеримента, но не може да го оправдае по никакъв начин. Става очевидно, че вълновите свойства на частиците се определят само от тяхното потенциално поле, а именно появата на вълна на смущение на собственото им поле или, както обикновено се нарича, забавен потенциал по време на тяхното ускорено движение. Въз основа на горното може също да се твърди, че изразът за вълната на де Бройл (8) в никакъв случай не е статистическа функция, а реална вълна с всички нейни характеристики, които могат, ако е необходимо, да бъдат изчислени въз основа на концепциите на класическата физика. Което от своя страна е още едно доказателство, че вероятностната интерпретация от квантовата механика на физическите процеси, протичащи в субатомния свят, е неправилна. Сега вече е възможно да се разкрие физическата същност на двойствеността вълна-частица. Ако потенциалното поле на една частица е слабо и може да бъде пренебрегнато, тогава в този случай частицата се държи като корпускула и може безопасно да й бъде приписана траектория. Ако потенциалното поле на частиците е силно и вече не може да се пренебрегва и точно такива електромагнитни полета действат в атомната физика, тогава в този случай трябва да сте подготвени за факта, че частицата ще прояви напълно вълновите си свойства. Тези. Един от основните парадокси на квантовата механика относно двойствеността вълна-частица се оказа лесно разрешим поради съществуването на скрит параметър на ненулевия размер на елементарните частици.

Дискретност в квантовата и класическата физика.

По някаква причина е общоприето, че дискретността е характерна само за квантовата физика, а в класическата физика такова понятие отсъства. Всъщност всичко не е така. Всеки музикант знае, че добрият резонатор е настроен само на една честота и нейните обертонове, чийто брой също може да се опише с цели числа = 1, 2, 3…. Същото се случва и в атома. Само в този случай вместо резонатор има потенциален кладенец. Движейки се ускорено в атом в затворена орбита, електронът непрекъснато генерира вълна от смущения на собственото си поле. При определени условия (разстоянието на орбитата от ядрото, скоростта на електрона) за тази вълна могат да бъдат изпълнени условията за възникване на стоящи вълни. Задължително условие за възникване на стоящи вълни е равен брой такива вълни да се поберат по дължината на орбитата. Може би именно от тези съображения се е ръководил Бор, когато е формулирал своите постулати относно структурата на водородния атом. Този подход се основава изцяло на концепциите на класическата физика. И той успя да обясни дискретния характер на енергийните нива във водородния атом. Имаше повече физически смисъл в идеите на Бор, отколкото в квантовата механика. Но както постулатите на Бор, така и решението на уравнението на Шрьодингер за водородния атом дадоха точно същите резултати по отношение на дискретни енергийни нива. Несъответствията започнаха, когато беше необходимо да се обясни фината структура на тези спектри. В този случай квантовата механика се оказва повече от успешна и работата по развитието на идеите на Бор е спряна. Защо квантовата механика излезе победител? Факт е, че намирайки се в стационарна орбита в условия, при които е възможно образуването на стоящи вълни, електронът преминава един и същ път много пъти. Няма експериментална възможност за наблюдение на движението на електрон в свързано състояние на микроскопично ниво. Следователно използването на статистически методи тук е напълно оправдано и тълкуването на образуването на антиноди в орбитата като най-голямата вероятност за намиране на електрон в тези точки има добри основания, което всъщност прави квантовата теория с помощ на вълновата функция и уравнението на Шрьодингер. И това е причината за успешното използване на вероятностния подход за описание на физическите явления, срещащи се в атомната физика. Тук се разглежда само един, най-простият пример. Но условия за възникване на стоящи вълни могат да възникнат и в по-сложни системи. И квантовата механика също се справя добре с тези въпроси. Човек може само да се възхищава на учените, които стоят в началото на квантовата физика. Работейки в период на разрушаване на познати концепции, в условията на липса на обективна информация, те успяха по някакъв невероятен начин да усетят същността на процесите, протичащи на микроскопично ниво, и изградиха такава успешна и красива теория като квантовата механика. Очевидно е също така, че няма фундаментални пречки за получаване на същите резултати в рамките на класическата физика, тъй като такова понятие, стояща вълна, е добре известно на нея.

Квант на минималното действие в квантовата механика и в
класическа физика.

Квантът на минималното действие е използван за първи път от Планк през 1900 г., за да обясни радиацията на черното тяло. Оттогава константата, въведена от Планк във физиката, впоследствие наречена в чест на автора като константа на Планк, твърдо зае почетното си място в субатомната физика и се намира в почти всички математически изрази, които се използват тук. Може би това беше най-значимият удар за класическата физика и привържениците на детерминизма, които не можаха да противопоставят нищо на това. Всъщност в класическата физика няма такова понятие като минимален квант на действие. Това означава ли, че не може да бъде там по принцип и това е домейнът само на региона на микрокосмоса? Оказва се, че за макротелата с потенциално поле Можете също да използвате минималния квант на действие, който се определя от израза:

(9)

къде е телесната маса

Диаметъртова тяло

Скоростта на светлината

Изразът (9) е постулиран в тази работа и изисква експериментална проверка. Използването на този квант на действие в уравнението на Шрьодингер дава възможност да се покаже, че орбитите на планетите от Слънчевата система също са квантувани, като орбитите на електроните в атомите. В класическата физика вече няма нужда да се взема стойността на минималния квант на действие от експеримента. Познавайки масата и размерите на тялото, неговата стойност може да бъде недвусмислено изчислена. Освен това израз (9) е валиден и за квантовата механика. Ако във формула (9) вместо диаметъра на макротялото заместим израза, който определя размера на микрочастицата (3), получаваме:

По този начин стойността на константата на Планк, която се използва в квантовата механика, е само частен случай на израз (9), използван в макросвета. Мимоходом отбелязваме, че в случая на квантовата механика изразът (9) съдържа скрит параметър, размерът на частиците. Може би това е причината константата на Планк да не е разбрана в класическата физика и квантовата механика не може да обясни какво представлява, а просто използва нейната стойност, взета от експеримента.

Квантови ефекти в гравитацията.

Въвеждането на ненулевия размер на елементарните частици като скрит параметър в квантовата механика позволи да се определи, че вълновите свойства на частиците се определят изключително от потенциалното поле на тези частици. Макротелата с маса на покой също имат гравитационно потенциално поле. И ако изводите, направени по-горе, са правилни, тогава квантовите ефекти трябва да се наблюдават и в гравитацията. Използвайки израза за минималния квант на действие (9), формулираме уравнението на Шрьодингер за планета, движеща се в гравитационното поле на Слънцето. Изглежда така:

Къдеm е масата на планетата;

M е масата на Слънцето;

Ж - гравитационна константа.

Процедурата за решаване на уравнение (10) не се различава от процедурата за решаване на уравнението на Шрьодингер за водородния атом. Това ви позволява да избегнете тромавите математически изчисления и решение (10) може да бъде незабавно изписано:

Къде

Тъй като наличието на траектории за планети, движещи се в орбита около Слънцето, е извън съмнение, е удобно да се трансформира израз (11) и да се представи по отношение на квантовите радиуси на орбитите на планетите. Нека вземем предвид, че в класическата физика енергията на една планета в орбита се определя от израза:


(12 );

Къде е средният радиус на орбитата на планетата.

Приравнявайки (11) и (12), получаваме:

(13 );

Квантовата механика не дава възможност да се даде недвусмислен отговор в какво възбудено състояние може да се намира една свързана система. Той ви позволява само да откриете всички възможни състояния и вероятностите да бъдете във всяко от тях. Формула (13) показва, че за всяка планета има безкраен брой дискретни орбити, в които тя може да се намира. Следователно можете да опитате да определите главните квантови числа на планетите, като сравните изчисленията, направени по формула (13) с наблюдаваните радиуси на планетите. Резултатите от това сравнение са представени в таблица 1. Данните за наблюдаваните стойности на параметрите на планетарната орбита са взети от.

Таблица 1.

Планета

Действителен орбитален радиус

Р милиона км

Резултат

изчисления

милиона км

п

Грешка

милиона км

Относителна грешка

%

Меркурий

57.91

58.6

0.69

Венера

108.21

122.5

14.3

13.2

Земята

149.6

136.2

13.4

Марс

227.95

228.2

0.35

0.15

Юпитер

778.34

334.3

Сатурн

1427.0

Уран

2870.97

2816

54.9

Нептун

4498.58

4888.4

Плутон

5912.2

5931

18.8

Както може да се види от таблица 1, на всяка планета може да бъде приписано някакво основно квантово число. И тези числа са доста малки в сравнение с тези, които биха могли да се получат, ако в уравнението на Шрьодингер, вместо кванта на минималното действие, определено по формула (9), се използва константата на Планк, обикновено използвана в квантовата механика. Въпреки че несъответствията между изчислените стойности и наблюдаваните радиуси на орбитите на планетите са доста големи. Това може да се дължи на факта, че при извеждането на формула (11) не е взето предвид взаимното влияние на планетите, което води до промяна в техните орбити. Но основното показано е, че орбитите на планетите от Слънчевата система са квантувани, подобно на това, което се случва в атомната физика. Представените данни ясно показват, че квантовите ефекти възникват и в гравитацията.

Има и експериментални доказателства за това. В. Несвижевски и неговите колеги от Франция успяха да покажат, че неутроните, движещи се в гравитационно поле, се откриват само на отделни височини. Това е прецизен експеримент. Трудността при извършването на такива експерименти е, че вълновите свойства на неутрона се определят от неговото гравитационно поле, което е много слабо.

По този начин може да се твърди, че създаването на теория за квантовата гравитация е възможно, но трябва да се има предвид, че елементарните частици имат ненулев размер, а минималният квант на действие в гравитацията се определя от израза (9) .

Спин на частиците в квантовата механика и класическата физика.

В класическата физика всяко въртящо се тяло има вътрешен ъглов момент, който може да приеме всякаква стойност.


В субатомната физика експерименталните изследвания също потвърждават съществуването на вътрешен ъглов импулс на частиците, наречен спин. Смята се обаче, че в квантовата механика спинът не може да бъде изразен чрез координати и импулс, тъй като за всеки допустим радиус на частица скоростта на нейната повърхност ще надвишава скоростта на светлината и следователно такова представяне е неприемливо . Въвеждането на ненулевия размер на частиците в квантовата физика прави възможно донякъде да се изясни този въпрос. За целта ще използваме концепциите на теорията на струните и ще си представим частица, чийто диаметър е равен на дължината на вълната на Комптън, под формата на струна, затворена в триизмерно пространство, по която поток от някакво поле циркулира със скоростта на светлината . Тъй като всяко поле има енергия и импулс, можем с право да припишем на това поле импулса, свързан с масата на частицата:

Като се има предвид, че радиусът на циркулация на полето около центъра е равен, получаваме израза за спин:

Изразът (15) е валиден само за фермиони и не може да се счита за оправдание за съществуването на спин в елементарните частици. Но ни позволява да разберем защо частици с различни маси на покой могат да имат еднакъв спин. Това се дължи на факта, че когато масата на частиците се промени, дължината на вълната на Комптън се променя съответно и изразът (15) остава непроменен. Това не може да се обясни в квантовата механика и стойностите за въртенето на частиците са взети от експеримента.

Вибрационни спектри на елементарни частици.

В предишната глава, когато разглеждахме въпроса за спина, частица с размер, равен на дължината на вълната на Комптън, беше представена като низ, затворен в триизмерното пространство. Това представяне дава възможност да се покаже, че дискретни вибрационни спектри могат да бъдат възбудени в елементарни частици.

Нека разгледаме взаимодействието на две еднакви затворени струни с маси на покой, движещи се една към друга със скорост. От началото на сблъсъка до пълното спиране на струните ще мине известно време, поради факта, че скоростта на предаване на импулса вътре в струните не може да надвишава скоростта на светлината. През това време кинетичната енергия на струните ще се трансформира в потенциална енергия поради тяхната деформация. В момента, в който струната спре, нейната обща енергия ще се състои от сумата от енергията на покой и потенциалната енергия, съхранена по време на сблъсъка. По-късно, когато струните започнат да се движат в обратна посока, част от потенциалната енергия ще бъде изразходвана за възбуждане на собствените вибрации на струните. Най-простият тип вибрации при ниски енергии, които могат да бъдат възбудени в струни, могат да бъдат представени като хармонични вибрации. Потенциалната енергия на струната, когато се отклони от равновесното състояние с количество, има формата.

k - коефициент на еластичност на струната

Записваме уравнението на Шрьодингер за стационарни състояния на хармоничен осцилатор във формата:

Точното решение на уравнение (17) води до следния израз за дискретни стойности:

Където 0, 1, 2, … (18)

Във формула (18) има неизвестен коефициент на еластичност на елементарните частици k. Може да се изчисли приблизително въз основа на следните съображения. Когато частиците се сблъскат в момента, в който спрат, цялата кинетична енергия се превръща в потенциална. Следователно можем да запишем равенството:

Ако импулсът вътре в частицата се предава с максимална възможна скорост, равна на скоростта на светлината, тогава от момента, в който започне сблъсъкът и до момента, в който частиците се разминават, времето, необходимо на импулса да се разпространи по диаметъра на цялата частица , равна на дължината на вълната на Комптън, ще премине:

През това време отклонението на струната от равновесното състояние поради деформация може да бъде:

Като се вземе предвид (21), изразът (19) може да се запише като:

Замествайки (23) в (18), получаваме израз за възможните стойности на , подходящи за практически изчисления:

Където , 1, 2, … (24)

Таблици (2, 3) представят стойностите за електрон и протон, изчислени по формула (24). Таблиците също така показват енергиите, освободени по време на разпадането на възбудени състояния по време на преходи и общите енергии на частиците във възбудено състояние. Всички експериментални стойности на масите на покой на частиците са взети от.

Таблица 2. Вибрационен спектър на електрон e (0.5110034 MeV.)

Квантов

Номер n

Таблица 3. Вибрационен спектър на протон P (938,2796 MeV)


Квантово число n

"Бог не играе на зарове с вселената."

С тези думи Алберт Айнщайн отправи предизвикателство към своите колеги, които разработваха нова теория – квантовата механика. Според него принципът на неопределеността на Хайзенберг и уравнението на Шрьодингер внасят нездравословна несигурност в микросвета. Той беше сигурен, че Създателят не можеше да позволи светът на електроните да бъде толкова поразително различен от познатия свят на нютоновите билярдни топки. Всъщност в продължение на много години Айнщайн играеше ролята на адвокат на дявола за квантовата механика, измисляйки хитри парадокси, предназначени да отведат създателите на новата теория в задънена улица. Правейки това обаче, той свърши добра работа, като сериозно обърка теоретиците от противниковия лагер със своите парадокси и ги принуди да се замислят задълбочено как да ги разрешат, което винаги е полезно, когато се развива нова област на знанието.

Има странна ирония на съдбата във факта, че Айнщайн е останал в историята като принципен противник на квантовата механика, въпреки че първоначално самият той стои в нейното начало. По-конкретно, той получава Нобеловата награда по физика за 1921 г. не за теорията на относителността, а за обяснението си на фотоелектричния ефект въз основа на нови квантови концепции, които буквално заляха научния свят в началото на ХХ век.

Най-вече Айнщайн протестира срещу необходимостта да се описват феномените на микросвета от гледна точка на вероятности и вълнови функции ( cm.Квантова механика), а не от обичайната позиция на координатите и скоростите на частиците. Това имаше предвид с „хвърляне на зара“. Той признава, че описването на движението на електроните по отношение на техните скорости и координати противоречи на принципа на несигурността. Но, твърди Айнщайн, трябва да има някои други променливи или параметри, като се има предвид, че квантово-механичната картина на микросвета ще се върне към пътя на целостта и детерминизма. Тоест, настоя той, само на нас ни се струва, че Господ си играе на зарове с нас, защото не разбираме всичко. Така той е първият, който формулира хипотези за латентната променливав уравненията на квантовата механика. Състои се в това, че всъщност електроните имат фиксирани координати и скорост, подобно на билярдните топки на Нютон, а принципът на неопределеността и вероятностният подход за тяхното определяне в рамките на квантовата механика са резултат от непълнотата на самата теория, която е защо не им позволява да определят със сигурност.

Теорията за скритата променлива може да се визуализира по следния начин: физическото оправдание за принципа на неопределеността е, че характеристиките на квантов обект, като например електрон, могат да бъдат измерени само чрез неговото взаимодействие с друг квантов обект; в този случай състоянието на измервания обект ще се промени. Но може би има някакъв друг начин за измерване с помощта на инструменти, които все още не са ни известни. Тези инструменти (да ги наречем „субеелектрони“) вероятно ще взаимодействат с квантовите обекти, без да променят свойствата си, и принципът на неопределеността няма да се прилага за такива измервания. Въпреки че нямаше действителни доказателства в полза на хипотези от този вид, те изглеждаха призрачно встрани от основния път на развитие на квантовата механика - главно, според мен, поради психологическия дискомфорт, изпитван от много учени поради необходимостта да се откажат от установява Нютоновите идеи за структурата на Вселената.

И през 1964 г. Джон Бел получава нов теоретичен резултат, който е неочакван за мнозина. Той доказа, че е възможно да се проведе конкретен експеримент (подробности след малко), резултатите от който биха ни позволили да определим дали квантово-механичните обекти са наистина описани от вълнови функции на вероятностно разпределение такива, каквито са, или има скрит параметър което позволява тяхната позиция и импулс да бъдат точно описани като Нютонова топка. Теоремата на Бел, както сега се нарича, показва, че точно както има скрит параметър в квантовата механична теория, който влияе всякаквифизически характеристики на квантовата частица, а при липса на такава е възможно провеждането на сериен експеримент, чиито статистически резултати да потвърдят или опровергаят наличието на скрити параметри в квантово-механичната теория. Относително казано, в единия случай статистическото съотношение ще бъде не повече от 2:3, а в другия - не по-малко от 3:4.

(Тук искам да отбележа в скоби, че през годината, в която Бел му доказа теорията си, аз бях студент в Станфорд. Червенобрадият, с силен ирландски акцент, Бел беше трудно да се пропусне. Спомням си как стоях в коридора на научната сграда на ускорителя Stanford Line, а след това той напусна офиса си в състояние на изключително вълнение и публично обяви, че току-що е открил наистина важно и интересно нещо. И въпреки че нямам доказателства по този въпрос, наистина бих искал да се надявам, че аз. този ден станах неволен свидетел на откриването му.)

Опитът, предложен от Бел обаче, се оказва прост само на хартия и в началото изглежда почти невъзможен. Експериментът трябваше да изглежда така: под външно въздействие атомът трябваше да излъчи синхронно две частици, например два фотона, и то в противоположни посоки. След това беше необходимо да се уловят тези частици и инструментално да се определи посоката на въртене на всяка от тях и да се направи това хиляди пъти, за да се натрупат достатъчно статистики, за да се потвърди или опровергае съществуването на скрит параметър според теоремата на Бел (на езика на математическата статистика, беше необходимо да се изчисли коефициенти на корелация).

Най-неприятната изненада за всички след публикуването на теоремата на Бел беше именно необходимостта от извършване на колосална поредица от експерименти, които тогава изглеждаха почти невъзможни, за да се получи статистически достоверна картина. Измина обаче по-малко от десетилетие, откакто експерименталните учени не само разработиха и построиха необходимото оборудване, но и натрупаха достатъчно количество данни за статистическа обработка. Без да навлизам в технически подробности, ще кажа само, че по това време, в средата на шейсетте години, сложността на тази задача изглеждаше толкова чудовищна, че вероятността за изпълнението й изглеждаше равна на тази на някой, който планира да постави милион обучени пословични маймуни пишещи машини с надеждата да намерят сред плодовете на техния колективен труд е творение равно на Шекспир.

Когато в началото на 70-те години на миналия век бяха обобщени резултатите от експериментите, всичко стана кристално ясно. Функцията за разпределение на вероятността на вълната напълно точно описва движението на частиците от източника към сензора. Следователно уравненията на вълновата квантова механика не съдържат скрити променливи. Това е единственият известен случай в историята на науката, когато брилянтен теоретик доказа възможностекспериментална проверка на хипотези и даде обосновка методПодобна проверка, брилянтни експериментатори с титанични усилия проведоха сложен, скъп и продължителен експеримент, който в крайна сметка само потвърди вече доминиращата теория и дори не въведе нищо ново в нея, в резултат на което всички се почувстваха жестоко измамени в техните очаквания!

Не целият труд обаче беше напразен. Съвсем наскоро учени и инженери, за собствена изненада, откриха, че теоремата на Бел е много достойно практическо приложение. Двете частици, излъчени от източника в съоръжението Бел, са съгласувана(имат еднаква фаза на вълната), защото се излъчват синхронно. И това свойство сега ще се използва в криптографията за криптиране на строго секретни съобщения, изпратени през два отделни канала.

При прихващане и опит за дешифриране на съобщение през един от каналите кохерентността се нарушава мигновено (отново поради принципа на неопределеността), а съобщението неизбежно и мигновено се самоунищожава в момента на прекъсване на връзката между частиците.

Но Айнщайн, изглежда, е грешал: Бог все още играе на зарове с Вселената. Може би Айнщайн трябваше да се вслуша в съвета на своя стар приятел и колега Нилс Бор, който, след като отново чу стария рефрен за „играта на зарове“, възкликна: „Алберт, най-накрая спри да казваш на Бог какво да прави!

Възможно ли е експериментално да се определи дали има неотчетени скрити параметри в квантовата механика?

„Бог не играе на зарове с Вселената” – с тези думи Алберт Айнщайн отправи предизвикателство към своите колеги, които разработваха нова теория – квантовата механика. Според него принципът на неопределеността на Хайзенберг и уравнението на Шрьодингер внасят нездравословна несигурност в микросвета. Той беше сигурен, че Създателят не можеше да позволи светът на електроните да бъде толкова поразително различен от познатия свят на нютоновите билярдни топки. Всъщност в продължение на много години Айнщайн играеше ролята на адвокат на дявола за квантовата механика, измисляйки хитри парадокси, предназначени да отведат създателите на новата теория в задънена улица. Правейки това обаче, той свърши добра работа, като сериозно обърка теоретиците от противоположния лагер със своите парадокси и ги принуди да се замислят задълбочено как да ги разрешат, което винаги е полезно, когато се развива нова област на знанието.

Най-вече Айнщайн протестира срещу необходимостта да се описват явленията на микросвета от гледна точка на вероятности и вълнови функции (виж Квантова механика), а не от обичайната позиция на координатите и скоростите на частиците. Това имаше предвид с „хвърляне на зара“. Той признава, че описването на движението на електроните по отношение на техните скорости и координати противоречи на принципа на несигурността. Но, твърди Айнщайн, трябва да има някои други променливи или параметри, като се има предвид, че квантово-механичната картина на микросвета ще се върне към пътя на целостта и детерминизма. Тоест, настоя той, само на нас ни се струва, че Господ си играе на зарове с нас, защото не разбираме всичко. Така той е първият, който формулира хипотезата за скритата променлива в уравненията на квантовата механика. Той се крие във факта, че всъщност електроните имат фиксирани координати и скорост, подобно на билярдните топки на Нютон, а принципът на неопределеността и вероятностният подход за тяхното определяне в рамките на квантовата механика са резултат от непълнотата на самата теория, която е защо не им позволява със сигурност дефинирайте.

Теорията за скритата променлива може да се визуализира по следния начин: физическото оправдание за принципа на неопределеността е, че характеристиките на квантов обект, като например електрон, могат да бъдат измерени само чрез неговото взаимодействие с друг квантов обект; в този случай състоянието на измервания обект ще се промени. Но може би има някакъв друг начин за измерване с помощта на инструменти, които все още не са ни известни. Тези инструменти (да ги наречем „субеелектрони“) вероятно ще взаимодействат с квантовите обекти, без да променят свойствата си, и принципът на неопределеността няма да се прилага за такива измервания. Въпреки че нямаше действителни доказателства в полза на хипотези от този вид, те изглеждаха призрачно встрани от основния път на развитие на квантовата механика - главно, според мен, поради психологическия дискомфорт, изпитван от много учени поради необходимостта да се откажат от установява Нютоновите идеи за структурата на Вселената.

А през 1964 г. Джон Бел получава нов и неочакван за мнозина теоретичен резултат. Той доказа, че е възможно да се проведе конкретен експеримент (подробности след малко), чиито резултати ще ни позволят да определим дали квантово-механичните обекти са наистина описани от вълнови функции на вероятностното разпределение такива, каквито са, или има скрит параметър, който позволява техните позицията и импулса да бъдат точно описани като при Нютонова топка. Теоремата на Бел, както сега се нарича, показва, че както при наличието на скрит параметър в квантово-механичната теория, който засяга всяка физическа характеристика на квантовата частица, така и при липсата му, е възможно да се проведе сериен експеримент, статистически резултати от които ще потвърдят или опровергаят наличието на скрити параметри в квантово-механичната теория. Относително казано, в единия случай статистическото съотношение ще бъде не повече от 2:3, а в другия - не по-малко от 3:4.

(Тук искам да отбележа в скоби, че в годината, в която Бел доказа своята теорема, аз бях студент в Станфорд. Червенобрадият, с силен ирландски акцент, Бел беше трудно да се пропусне. Спомням си как стоях в коридора на изследователската сграда на Станфордския линеен ускорител, а след това той излезе от офиса си в състояние на изключително вълнение и публично обяви, че току-що е открил нещо наистина важно и интересно. И въпреки че нямам доказателства по този въпрос, наистина бих искал Надявам се, че този ден станах неволен свидетел на откритието му.)


Опитът, предложен от Бел обаче, се оказва прост само на хартия и в началото изглежда почти невъзможен. Експериментът трябваше да изглежда така: под външно въздействие атомът трябваше да излъчи синхронно две частици, например два фотона, и то в противоположни посоки. След това беше необходимо да се уловят тези частици и инструментално да се определи посоката на въртене на всяка от тях и да се направи това хиляди пъти, за да се натрупат достатъчно статистики, за да се потвърди или опровергае съществуването на скрит параметър според теоремата на Бел (на езика на математическата статистика беше необходимо да се изчислят коефициентите на корелация).

Най-неприятната изненада за всички след публикуването на теоремата на Бел беше именно необходимостта от провеждането на колосална поредица от експерименти, които тогава изглеждаха почти невъзможни, за да се получи статистически достоверна картина. Измина обаче по-малко от десетилетие, откакто експерименталните учени не само разработиха и построиха необходимото оборудване, но и натрупаха достатъчно количество данни за статистическа обработка. Без да навлизам в технически подробности, ще кажа само, че по това време, в средата на шейсетте години, сложността на тази задача изглеждаше толкова чудовищна, че вероятността за изпълнението й изглеждаше равна на тази на някой, който планира да постави милион обучени пословични маймуни пишещи машини с надеждата да намерят сред плодовете на техния колективен труд е творение равно на Шекспир.

Когато в началото на 70-те години на миналия век бяха обобщени резултатите от експериментите, всичко стана кристално ясно. Функцията за разпределение на вероятността на вълната напълно точно описва движението на частиците от източника към сензора. Следователно уравненията на вълновата квантова механика не съдържат скрити променливи. Това е единственият известен случай в историята на науката, когато брилянтен теоретик доказа възможността за експериментално тестване на хипотеза и даде обосновка на метода на такова тестване, с титанични усилия, извършиха сложен, скъп и продължителен експеримент, който в крайна сметка само потвърди вече доминиращата теория и дори не допринесе за нищо ново, в резултат на което всички се почувстваха жестоко излъгани в очакванията си!

Не целият труд обаче беше напразен. Съвсем наскоро учени и инженери, за собствена изненада, откриха, че теоремата на Бел е много достойно практическо приложение. Две частици, излъчени от източник в съоръжението Bell, са кохерентни (имат една и съща вълнова фаза), защото се излъчват синхронно. И това свойство сега ще се използва в криптографията за криптиране на строго секретни съобщения, изпратени през два отделни канала. При прихващане и опит за дешифриране на съобщение през един от каналите кохерентността се нарушава мигновено (отново поради принципа на неопределеността), а съобщението неизбежно и мигновено се самоунищожава в момента на прекъсване на връзката между частиците.

Но Айнщайн, изглежда, е грешал: Бог все още играе на зарове с Вселената. Може би Айнщайн трябваше да се вслуша в съвета на своя стар приятел и колега Нилс Бор, който, след като отново чу стария рефрен за „играта на зарове“, възкликна: „Алберт, най-накрая спри да казваш на Бог какво да прави!

Енциклопедия на Джеймс Трефил „Природата на науката. 200 закона на Вселената."

Джеймс Трефил е професор по физика в университета Джордж Мейсън (САЩ), един от най-известните западни автори на научно-популярни книги.

Коментари: 0

    Професорът по физика Джим Ал-Халили изследва най-прецизната и една от най-объркващите научни теории - квантовата физика. В началото на 20-ти век учените проникнаха в скритите дълбини на материята, субатомните градивни елементи на света около нас. Те откриха явления, които бяха различни от всичко, виждано преди. Свят, в който всичко може да бъде на много места едновременно, където реалността наистина съществува само когато я наблюдаваме. Алберт Айнщайн се съпротивлява на идеята, че същността на природата се основава на случайността. Квантовата физика предполага, че субатомните частици могат да взаимодействат по-бързо от скоростта на светлината, което противоречи на неговата теория за относителността.

    Френският физик Пиер Симон Лаплас повдигна важен въпрос дали всичко в света е предопределено от предишното състояние на света или една причина може да предизвика няколко следствия. Както се очаква от философската традиция, самият Лаплас в книгата си „Изложение на световната система” не задава въпроси, а дава готов отговор, че да, всичко в света е предопределено, но както често се случва във философията, картината на света, предложена от Лаплас, не убеди всички и по този начин неговият отговор породи дебат около въпроса, който продължава и до днес. Въпреки мнението на някои философи, че квантовата механика е решила този въпрос в полза на вероятностен подход, въпреки това теорията на Лаплас за пълната предопределеност, или както иначе се нарича теорията на детерминизма на Лаплас, все още се обсъжда днес.

    Ако са известни началните условия на една система, е възможно, използвайки законите на природата, да се предвиди нейното крайно състояние.

    В ежедневието ние сме заобиколени от материални обекти, чиито размери са сравними с нас: коли, къщи, песъчинки и т.н. Нашите интуитивни представи за структурата на света се формират в резултат на ежедневното наблюдение на поведението на такива обекти . Тъй като всички имаме изживян живот зад гърба си, опитът, натрупан през годините, ни казва, че тъй като всичко, което наблюдаваме, се държи по определен начин отново и отново, това означава, че в цялата Вселена, във всички мащаби, материалните обекти трябва да се държат по подобен начин. И когато се окаже, че някъде нещо не се подчинява на обичайните правила и противоречи на интуитивните ни представи за света, това не само ни изненадва, но и шокира.