История квантовой физики как научной дисциплины насчитывает уже примерно сотню лет, но результаты некоторых экспериментов продолжают удивлять нас своей парадоксальностью. Как электрон может одновременно быть и частицей и волной, и что это меняет в нашем представлении о мире? Обо всем этом в программе Латвийского радио 4 «Теория всего» рассказал профессор Факультета физики и математики ЛУ, глава Кафедры экспериментальной физики ЛУ Марцис Аузиньш.

Согласно канонам классической физики, повторяющийся эксперимент в одинаковых условиях дает одинаковый результат. Однако квантовая физика это опровергает.

«Ни одна теория физики никогда так сильно не меняла наше представление об устройстве мира, как квантовая физика. Она переворачивает наше представление о том, что есть естественная наука, что научно, а что не научно. Например, в естественных науках мы привыкли к тому, что повторяющийся эксперимент в одинаковых условиях дает один и тот же результат. А квантовая физика нам говорит — ничего подобного! Можно просчитать все условия эксперимента, повторить его десять раз, и каждый раз отличающиеся результаты, каждый из которых — верен. Такого в науке еще никогда не было», — отмечает Аузиньш.

Ученый признает, что революционность квантовой физики настораживала многих, включая Альберта Эйнштейна. Последний, в частности, предпочитал думать, что параметры экспериментов в пределах квантовой физики попросту еще не просчитаны до конца.

«Он до конца своей жизни так и не принял квантовую физику как хорошую теорию. Ему всегда казалось, что это некая переходная теория, что есть некие скрытые параметры, которых мы не знаем; когда мы их узнаем и сможем их применять, все встанет на свои места и вернется «нормальная» физика, к которой мы привыкли», — поясняет физик.

Вместе с тем Аузиньш добавляет, что сегодня уже есть доказательства отсутствия подобных скрытых параметров в квантовой физике.

«Надежды, что мы когда-то придем к красивой и понятной физике, какой она когда-то была — о них можно забыть. [...] К сожалению (или к счастью), мы не сможем свести квантовую механику к абсолютно классическим, легко понятным концептам и идеям»,

— говорит ученый.

По его словам, до сих пор еще ни одна теория физики не была проверена с такой точностью, как квантовая физика. Что, однако, не мешает ей оставаться одной из наиболее дискутируемых теорий.

«Буквально пару месяцев назад я был на одной дискуссии, которая проходила в Калифорнийском университете в Беркли. Один из моих коллег сказал там фразу, которая мне ужасно понравилась.

На вопрос, что такое квантовая физика, он ответил: это теория, которая имеет математический формализм, но которая до сих пор ищет свою интерпретацию»,

— цитирует Аузиньш.

Парадоксальность квантовой физики хорошо иллюстрируется таким явлением, как квантовая интерференция, где электрон может одновременно быть и частицей и волной.

«В «нормальной» физике частица — это абсолютно точно не волна, и наоборот. Но в квантовой физике электрон может быть и волной, и частицей одновременно. При том, что интерференция — это характеристика волн, она присуща только им. Нас ведь не удивляет, что волна может проходить несколько щелей одновременно и распространяться во все стороны. Частица же не может лететь сразу во все стороны одновременно. Здесь и возникает противоречие с нашим повседневным опытом», — указывает профессор.

Если наша логика не допускает, что частица может быть волной, а волна — частицей, то как понять этот феномен? У Аузиньша есть свое объяснение.

«Если у меня есть некая поверхность и есть цилиндр. Я не могу посмотреть на сам цилиндр и потрогать его, я могу смотреть лишь на его тень. Я могу поставить цилиндр так, что тень будет в форме шара; а могу повернуть его так, что тень будет вытянутой.

Вопрос: цилиндр — это что-то круглое или что-то длинное? Ведь мой опыт говорит, что круглое не может быть длинным, и наоборот. Мы можем увидеть только проекции более сложной реальности, где цилиндр одновременно может быть круглым и длинным. Я предлагаю думать о квантовом объекте таким же образом.

Если мы поставим эксперимент так, что проявится только характеристики частицы — будем видеть характеристики частицы. Если захотим — будем видеть волновые характеристики. С этой точки зрения уже не кажется таким странным, что частица может быть одновременно волной в более сложной реальности», — заключает физик.

Более подробную беседу с М.Аузиньшем слушайте в аудиоподкасте программы.