Сегодня во время обеда к нам присоединился Ян Кереф — один из астрофизиков. чья лаборатория расположена рядом с обсерваторией. Сначала Джон представил нас и мы провели какое-то время, обсуждая общие вопросы. Потом он вдруг оглянулся так, будто его что-то беспокоило, и заговорил, понизив голос:
—Скажите, а вы хорошо помните брифинг, который проводил с нами капитан перед вылетом?
—В целом да. — я недоумённо пожал плечами. — Не больше, чем из остальных брифингов, но и не меньше. А в чём дело?
Ян опять оглянулся. У меня даже возникло ощущение, что мы в одном из старинных фильмов, обсуждаем готовящееся покушение на чью-то жизнь.
—Ты не мог бы мне объяснить вкратце, что он говорил?
Джон не смог скрыть своего удивления; я, впрочем, вряд ли справился с этим лучше. Он просит нас объяснить лекцию, построенную в основном на теории струн? Это же курс последних двух лет общего образования! Видимо...
—Понимаете, — продолжил Ян, — я ушёл из школы за три года до её окончания. Я тогда был упёртым, твёрдо решил, что хочу стать искусствоведом. Правда, уже через пару месяцев я попал на спектакль, в котором много рассказывалось про межзвёздные путешествия. Одна сцена, в которой персонажи попали в систему двойной звезды, поймала моё воображение. Как я позже выяснил, режиссёр в этом ничего не смыслил, но я загорелся желанием узнать, реальны ли описанные им тогда воздействия на его персонажей. Так я и попал в астрофизику.
Ян замолчал, глядя сквозь стол задумчивым взглядом. Потом перевёл глаза на нас с Джоном и будто вспомнил, что он с нами всё ещё разговаривал:
—Обратно в школу я уже устраиваться не стал, мне надо было озаботиться работой. Так и вышло, что я ничего не знаю из последних трёх лет школы. Ведь, насколько я понял, то, что Джеральд рассказывал нам тогда, входит в них?
—Ага, всё так, — Джон прервал молчание. — Но почему ты не спросил об этом ещё на брифинге?
Перед ответом Ян немного замялся.
—Ну, я сомневаюсь. что мне стоит от вас ожидать чего-то подобного... Но мне кажется, что меня могут засмеять из-за того, что я не знаю таких распространённых вещей.
Такого я совсем не ожидал. Чтобы бояться насмешек со стороны окружающих, надо родиться лет двести назад! Видимо, современное воспитание проникло ещё не во все страны. Джон явно раньше оправился от услышанного. поскольку он ответил ему весьма деловым тоном:
—Хорошо, садись поудобнее. Я дам тебе только основы, без математической базы. Если ты захочешь разобраться с формулами, то для этого нам придётся взяться за учебники. Готов? Отлично, тогда поехали. Чтобы понять то, что рассказывал нам тогда Джеральд, надо в первую очередь понять, что такое квантовая запутанность. Скажи, что ты знаешь о квантовой механике?
—Скажите, а вы хорошо помните брифинг, который проводил с нами капитан перед вылетом?
—В целом да. — я недоумённо пожал плечами. — Не больше, чем из остальных брифингов, но и не меньше. А в чём дело?
Ян опять оглянулся. У меня даже возникло ощущение, что мы в одном из старинных фильмов, обсуждаем готовящееся покушение на чью-то жизнь.
—Ты не мог бы мне объяснить вкратце, что он говорил?
Джон не смог скрыть своего удивления; я, впрочем, вряд ли справился с этим лучше. Он просит нас объяснить лекцию, построенную в основном на теории струн? Это же курс последних двух лет общего образования! Видимо...
—Понимаете, — продолжил Ян, — я ушёл из школы за три года до её окончания. Я тогда был упёртым, твёрдо решил, что хочу стать искусствоведом. Правда, уже через пару месяцев я попал на спектакль, в котором много рассказывалось про межзвёздные путешествия. Одна сцена, в которой персонажи попали в систему двойной звезды, поймала моё воображение. Как я позже выяснил, режиссёр в этом ничего не смыслил, но я загорелся желанием узнать, реальны ли описанные им тогда воздействия на его персонажей. Так я и попал в астрофизику.
Ян замолчал, глядя сквозь стол задумчивым взглядом. Потом перевёл глаза на нас с Джоном и будто вспомнил, что он с нами всё ещё разговаривал:
—Обратно в школу я уже устраиваться не стал, мне надо было озаботиться работой. Так и вышло, что я ничего не знаю из последних трёх лет школы. Ведь, насколько я понял, то, что Джеральд рассказывал нам тогда, входит в них?
—Ага, всё так, — Джон прервал молчание. — Но почему ты не спросил об этом ещё на брифинге?
Перед ответом Ян немного замялся.
—Ну, я сомневаюсь. что мне стоит от вас ожидать чего-то подобного... Но мне кажется, что меня могут засмеять из-за того, что я не знаю таких распространённых вещей.
Такого я совсем не ожидал. Чтобы бояться насмешек со стороны окружающих, надо родиться лет двести назад! Видимо, современное воспитание проникло ещё не во все страны. Джон явно раньше оправился от услышанного. поскольку он ответил ему весьма деловым тоном:
—Хорошо, садись поудобнее. Я дам тебе только основы, без математической базы. Если ты захочешь разобраться с формулами, то для этого нам придётся взяться за учебники. Готов? Отлично, тогда поехали. Чтобы понять то, что рассказывал нам тогда Джеральд, надо в первую очередь понять, что такое квантовая запутанность. Скажи, что ты знаешь о квантовой механике?
Ян задумчиво потёр подбородок.
—Ну, я знаю, что она описывает законы, которым подчиняются элементарные частицы. Помню из курса истории, что более века учёные не могли найти объяснения результатам, полученным с её помощью, и даже довольно длительное время руководствовались принципом "заткнись и вычисляй". Пожалуй, на этом всё. Я счастливо обходился без неё в своих расчётах, ведь моя специализация — расчёт влияния гравитации в солнечных системах с несколькими звёздами. О, кстати, вспомнил ещё кое-что! Основной проблемой квантовой механики долго был вопрос включения в её формулы гравитации. С этим справилась теория струн.
—Хорошо, неплохо. Так вот, возвращаясь к запутанности. В середине двадцатого века было установлено, что можно связать между собой две элементарные частицы таким образом, который позволяет передавать между ними информацию мгновенно. Загвоздка в том, что никто не должен знать содержание пересылаемой информации. Именно в момент её приёма с одной стороны происходит её передача другой частице.
В этот момент я решил посмотреть на Яна. Сам я хорошо помню этот урок в школе: после этой фразы минут на пять в классе повисла полная тишина, а затем учителю пришлось задействовать всех своих ассистентов, так много возникло вопросов у учеников. Наш астрофизик тоже выглядел так, будто у него вот-вот котёл лопнет от нагрева, поэтому мне пришлось его выручать.
—Джон, не торопись, это очень сложная тема. Давай-ка отступим чуть назад. Ян, в основе всей квантовой механики лежит принцип неопределённости. Слушай внимательно: чем точнее измерена одна характеристика частицы, тем менее точно можно измерить вторую. Приведу тебе пример, чтобы было чуть проще. Представь, что у нас есть светочувствительная плёнка, на которую направляют луч фотонов. Если мы после этого посмотрим на плёнку, то там будет обычный круглый след, ничего примечательного. Если поставим перед этой плёнкой картонку с двумя щелями в ней, то у нас будут зоны теней и полутеней. Стандартная интерференция, думаю ничего интересного для тебя я не рассказал. А теперь представь, что мы ограничиваем луч фотонов по времени так, чтобы они попадали на плёнку по одному. Пока один фотон не будет зарегистрирован на плёнке, следующий не вылетает. Как ты думаешь, какая будет при этом картина?
—Ну, точка? — Ян не ожидал вопроса. — Хотя погоди, они ведь не все полетят по одной траектории. Тогда будет пятно, как от первого луча. Верно?
—Хорошее предположение, но на самом деле на плёнке наблюдалась та же интерференция. — После этих слов Ян откинулся на спинку стула. — Ага, вижу, что этот результат вызывает у тебя вопросы. Так это было и когда его наблюдали впервые. Прошло несколько лет, прежде чем было предложено первое объяснение. Согласно выдвинутой гипотезе, интерференция у фотонов происходила с самими собой.
Тут я планировал выдержать драматическую паузу, но Ян приоткрыл рот, издал какой-то нечленораздельный звук, а потом потребовал продолжения. Драматичность поддержать не удалось.
—Здесь имеется в виду, что фотон, пока за ним не наблюдают; вообще, наблюдение в квантовой механике — отдельная тема, но пока не о них. Так вот, в такой момент фотон является не частицей, но набором вероятностей своего положения.
Тут меня поддержал Джон, который до этого преимущественно кивал моим словам и иногда чесал макушку.
—Это положение квантовой механики, кстати, стало причиной знаменитого высказывания той эпохи, "Луны нет, когда вы на неё не смотрите". Сейчас об этом редко вспоминают, но изначально фраза была брошена в споре, и служила едким комментарием, который должен был подчеркнуть нелепость зарождавшейся тогда теории. Поэтому давай ты нам объяснишь, как ты сам это понял, чтобы мы могли при необходимости тебя поправить.
В продолжение всего этого разговора я не уставал удивляться, насколько странным было образование Яна. Вот и сейчас, на нормальную практику обмена информацией между учеником и учителем он напрягся, как перед болезненной инъекцией. Потом тяжко вздохнул, упёр глаза в стол и забубнил:
—Ну, интерференция у фотонов происходила с ними же. Это происходило, пока за ними не наблюдали, потому что наблюдения в квантовой механике особенные, поэтому... — было видно, что ему это сильно не нравится, и Джон его остановил, прежде чем он успел продолжить свою новую мантру.
—Нет-нет, так не пойдёт. Ты рассказываешь так, как запомнил, и непонятно, зачем. Мне нужно услышать от тебя, как ты понял то, что мы рассказывали. Сосредоточься.
—Хм. Погоди-ка. Кажется, я помню что-то схожее из химии. Там были атомные орбитали, это разве не одно и то же?
—Ты привёл очень удачный пример. Орбитали — это действительно описание того, как будет передвигаться электрон в атоме с учётом действующих на него сил и законов квантовой механики.
—Но тогда почему электрон в атоме не переходит на более высокий энергетический уровень, например? Где проходит граница между тем, что электрон может сам с собой сделать?
—Граница проходит по уже известным законам физики. Для перехода на более высокий энергетический уровень атому нужна энергия. Интерференция же не несёт в себе никаких затрат.
—Ладно. — Ян чуть не скрипнул зубами, согласившись. Видно было, что ему не по себе от этой концепции. — Но всё-таки, как же получается, что происходит интерференция? Что именно при этом происходит?
—Ты привёл очень удачный пример. Орбитали — это действительно описание того, как будет передвигаться электрон в атоме с учётом действующих на него сил и законов квантовой механики.
—Но тогда почему электрон в атоме не переходит на более высокий энергетический уровень, например? Где проходит граница между тем, что электрон может сам с собой сделать?
—Граница проходит по уже известным законам физики. Для перехода на более высокий энергетический уровень атому нужна энергия. Интерференция же не несёт в себе никаких затрат.
—Ладно. — Ян чуть не скрипнул зубами, согласившись. Видно было, что ему не по себе от этой концепции. — Но всё-таки, как же получается, что происходит интерференция? Что именно при этом происходит?
Тут Джон чуть улыбнулся, а в глазах у него заплясали огоньки. Похоже, ему очень нравится объяснять что-нибудь другим, потому я дал ему возможность ответить, хотя уже раскрыл рот.
—Мы не знаем. — Улыбка стала ещё шире после реакции Яна. Тот оторопел и начал вертеть в руках вилку. Джон же продолжил:
—Понимаешь ли, чтобы попытаться узнать, как это происходит, нам нужно наблюдать. А это рушит основное условие, необходимое для того, чтобы эксперимент с интерференцией получился. Вот тебе ещё любопытный пример. Если мы оставим всё те же фотонный излучатель и два экрана, но при этом добавим камеру, установленную сразу за излучателем и отслеживающую каждый фотон, то у нас опять не будет интерференции. Мы получим картину, которую ты ожидал сразу — пятно.
Некоторое время мы молчали. Ян сосредоточенно глядел в свою тарелку, и так сосредоточенно думал, что я почти слышал, как его натруженные нейроны начинают скрестись о черепную коробку изнутри. Джон смотрел по сторонам и чуть не напевал что-то. Наконец Ян поднял голову:
—Спасибо вам большое за сегодняшний завтрак. Мне надо будет ещё обдумать это всё; скорее всего, почитать что-нибудь на досуге. Боюсь, пока я не готов переходить от этого к тому, что рассказывал капитан. Вы не против повторить завтра?
Конечно, мы были не против. На том и попрощались.
—Мы не знаем. — Улыбка стала ещё шире после реакции Яна. Тот оторопел и начал вертеть в руках вилку. Джон же продолжил:
—Понимаешь ли, чтобы попытаться узнать, как это происходит, нам нужно наблюдать. А это рушит основное условие, необходимое для того, чтобы эксперимент с интерференцией получился. Вот тебе ещё любопытный пример. Если мы оставим всё те же фотонный излучатель и два экрана, но при этом добавим камеру, установленную сразу за излучателем и отслеживающую каждый фотон, то у нас опять не будет интерференции. Мы получим картину, которую ты ожидал сразу — пятно.
Некоторое время мы молчали. Ян сосредоточенно глядел в свою тарелку, и так сосредоточенно думал, что я почти слышал, как его натруженные нейроны начинают скрестись о черепную коробку изнутри. Джон смотрел по сторонам и чуть не напевал что-то. Наконец Ян поднял голову:
—Спасибо вам большое за сегодняшний завтрак. Мне надо будет ещё обдумать это всё; скорее всего, почитать что-нибудь на досуге. Боюсь, пока я не готов переходить от этого к тому, что рассказывал капитан. Вы не против повторить завтра?
Конечно, мы были не против. На том и попрощались.
Комментариев нет:
Отправить комментарий