Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар (2015)

Вы уже видели это несколько раз во время путешествий в микромире. Пытаясь поймать электрон, крутящийся вокруг атома водорода, например; помните, как тяжело было для вас понять, где он и с какой скоростью движется? Хорошо, давайте взглянем на этот факт по-другому.

Представьте себя в вашем мини-состоянии. Вы меньше атома. Частица находится на пути к вам. Вы ничего не знаете ни о ней, ни о ее размере, местоположении или скорости приближения. Вы просто знаете, что она подчиняется законам квантового мира.

Вы достаете мини-фонарик из захваченной с собой сумки и готовы включить его, ожидая, что его свет отскочит от частицы, где бы она ни была, и вернется обратно к вам, сообщив ее положение.

Но, чтобы так поступить, вы не можете взять любой свет.

Вы должны использовать только «правильный» свет.

Помните, что свет можно рассматривать как волну? Ну вот, «правильный» свет здесь означает, что расстояние между двумя последовательными гребнями волн (длиной волны) должно быть приблизительно равным размеру вашей цели или меньше. Если взять слишком большую длину волны, свет, который ей соответствует, не заметит частицы вообще. Он выстрелит сквозь нее, как радиоволны, проходящие сквозь стены дома, даже не замечая их. Однако имеющий «правильную» длину волны свет отразится, и вы будете в состоянии сообщить положение вашей частицы с точностью используемой длины. Одновременно вы сможете проверить, какова скорость частицы, и узнаете все, что хотите знать.

Элементарно.

Вы крутите ручку ультрасовременного мини-фонарика, чтобы получить очень мощный импульс. Настроившись, вы стреляете и… бац! Вы во что-то попали. В частицу. Там. Впереди вас. Свет отскочил от нее и вернулся обратно. Время, потребовавшееся для прохождения в обоих направлениях, позволяет точно определить, где находилась частица при попадании, и поэтому частица не может быть нигде больше. После обнаружения частица теряет характеристики квантовой волны. Из всех возможных положений она мгновенно занимает позицию за долю секунды до того, как была поймана вашим фонариком во время эксперимента. Точно так же, когда робот выбросил частицу в белую комнату, она передвигалась повсюду, пока не была обнаружена датчиком. Этот необратимый процесс называется коллапсом квантовой волны.

После наступления коллапса вы знаете, где находится частица, с точностью длины волны. Теперь вы хотите знать, с какой скоростью она передвигалась в точке обнаружения.

Но это не так-то легко.

На самом деле, вы никогда не будете в состоянии точно ответить на такой вопрос.

Никогда.

Помните: чем короче длина волны, тем большей энергией должен обладать соответствующий ей свет.

Таким образом, чем более точное положение вы получаете, тем более мощный свет необходимо использовать для фонарика, тем труднее попасть в частицу – и потому тем меньше известно о ее последующей скорости.

Для нашего мира это тривиальное высказывание.

Попробуйте точно определить в темноте положение движущегося объекта, направив на него что-то светящееся. Воздействие будет влиять на то, что вы собираетесь исследовать. Если свет вернется к вам, вы узнаете, где находился объект при столкновении с ним, но, если вы еще раз направите свет, чтобы узнать, куда двинулся объект, вы увидите, что его скорость изменилась из-за вашего первого воздействия на него.

И правда, тривиально.