Ящик Пандоры от КТ раскрывается снова и снова. Поскольку квантовые явления, как оказалось, происходят мгновенно и им не нужен фактор продвижения во времени (даже со скоростью света), чтобы попасть из одной точки в другую, поиск объяснений неизбежно указывает на идею всеобщей взаимосвязанности. Такой подтекст вне времени и расстояния напоминает нам о мистических учениях индуизма и буддизма. Многие писатели поспешили заявить, что наука и религия стали теперь единым целым и пришли к согласию относительно основ мироздания. И хотя такие философские или метафизические размышления вполне уместны или даже по своей сути не являются заблуждением, огромное число документальных телефильмов, книг, художественного кино и публикаций в прессе демонстрирует серьезное непонимание КТ. Попросту говоря, они часто толкуют все неверно.
В качестве лишь одного примера обратимся к ленте 2004 г. с кассовым сбором в 10,6 миллиона долларов. Центральной темой фильма «Покрытое тайной: Так что же мы знаем?!» был избран аспект единства КТ. В фильме были интервью с экспертами по квантовой теории, отдельные из которых делали глупые, ничем не схожие с реальностью заявления. Один из таких экспертов говорил, что любой человек, исходя из принципов КТ, способен определять свое будущее. В действительности верно противоположное: все «предсказания» будущих событий с помощью КТ являются вероятностными и, следовательно, строго статистическими. Никто не может сознательно управлять внешними физическими событиями, которые на него влияют, – то есть теми, которые по своей природе лежат за пределами человеческого волеизъявления. Например, валуном, катящимся с холма по пути следования автомобиля, и точно так же мы не можем определить, выпадет орел или решка, когда бросаем монету.
Учитывая важность квантовой теории для нашей книги и тот факт, что само стремление объяснить ее странности породило большое количество популярной чепухи на эту тему, нам стоит подробнее остановиться на этой проблеме. Необходимо узнать, с чего все началось, как эволюционировало и как благодаря КТ удалось разобраться в тайнах природы, ранее считавшихся неразрешимыми, и затем понять, как все это подтолкнуло нас к новым открытиям, с которыми мы познакомимся в данной книге.
Все началось со света, то есть c излучения нагретых объектов[6]. Если снять спектр горячего объекта, то можно получить различные по длине волны исходящей из него энергии. Сюда входят волны видимого света, например сопоставимые с цветом раскаленной железной кочерги, а также невидимые волны инфракрасного излучения. В соответствии со свойствами волн, составляющих разные части света, и законами классической физики о распределении тепловой энергии, любой горячий объект должен испускать определенное количество слабого красного и инфракрасного излучения, большее количество высокоэнергетичного зеленого света и почти бесконечное количество коротковолнового высокоэнергетичного излучения в фиолетовом и особенно в ультрафиолетовом диапазоне.
Но ожидаемое не происходит. Вместо этого на определенной длине волны излучается пиковое количество света, точный цвет которого зависит исключительно от температуры объекта. Классическая физика была не способна такое объяснить.
В 1900 г. немецкий физик Макс Планк нашел способ математического объяснения экспериментальных результатов. Он высказал предположение, что атомы светящегося объекта поглощают и излучают свет различных частот, кратных некоторым фундаментальным единицам. И представил понятие «кванта» энергии (или ее определенного количества, производного от латинского quantum – «сколько»), заложив при этом первую веху в квантовую теорию.
В 1913 г. Нильс Бор применил понятие «дискретных квантов» для объяснения того, как атомы продолжают существовать, когда классическая физика настаивает на их самоуничтожении. Датский физик показал: когда электроны движутся по своим круговым орбитам, то по классическим законам они должны излучать электромагнитные волны каждую триллионную долю секунды. Потеря энергии должна вскоре заставить их опускаться по спиральной траектории к протону в центре атома. Но – к счастью для нашего существования в качестве человеческих тел на стабильной планете – этого не происходит.
Как вы, наверно, помните из физики для старших классов, свет появляется в результате перехода или сдвига электрона, вращающегося вокруг ядра атома, к его центру – он начинает двигаться по укороченной орбите с выделением энергии. Чтобы представить себе это, достаточно посмотреть на планеты, вращающиеся вокруг Солнца. Если Земля неожиданно получит дополнительную энергию, она может ее использовать на преодоление солнечной гравитации и перепрыгнуть на бо́льшую орбиту. В зависимости от количества этой «дополнительной» энергии новая орбита может отстоять всего на несколько километров от Солнца от нашей прежней орбиты. Или может сместиться на миллионы километров. Или на десятки миллионов. А может оказаться где-то посередине.
6
Исследования фактически касались излучения черного тела. В реальной жизни объект, освещенный чем-то другим, например, поверхность планеты, залитая солнечным светом, будет отражать часть поступающей энергии, причем процент отражения называется альбедо объекта, определяемое цветом его поверхности, гладкостью ее или неровностью, а также и другими факторами. Некоторые объекты, например ледяные градины, могут также передавать часть энергии на обратную сторону. Но черное тело – это теоретический объект, который ничего не отражает и все поглощает, независимо от того, под каким углом исходит энергия или какова длина ее волны. Таким образом, в зависимости только от своей температуры, оно будет излучать поглощенную энергию весьма специфическим способом. Проблема конца XIX – начала XX века заключалась в том, что предсказания классической науки о природе испускаемого черным телом излучения оказались в корне неверными, явно указывая, что физика нуждается в серьезном обновлении.