Странная энергия: ликбез по физике в духе Льюиса Кэролла

0   11   0

Физика
29 февр. 11:25


56d4007a5f1be74633001e50

В 1995 году физик Роберт Гилмор, профессор Бристольского университета, написал очаровательный ликбез по квантовой механике — по мотивам кэролловской «Алисы в Стране чудес». В нем Алиса встречается с фотонами, узнает от русалки о теории мультиверса и наблюдает за антиматерией. «Теории и практики» перевели несколько отрывков из книги — о том, как работает распределение вероятностей и почему энергия похожа на деньги.

Неслучайный дом

…Она вышла на пустую площадку возле дороги, где группа строителей столпилась возле кучи кирпичей. Алиса предположила, что это строители, поскольку они выгружали новые кирпичи из маленькой тележки. «Как минимум эти люди, кажется, ведут себя благоразумно», — подумала она. Сразу после этого из-за угла выбежала другая группа, держа что-то, что было похоже на очень большой свернутый ковер, и принялась расстилать его по стройплощадке. Когда полотно развернули до конца, Алиса увидела, что это что-то вроде строительного плана. Это выглядело как очень большой план, потому что он покрывал большую часть доступного пространства. «Зачем они это делают? Я уверена, что он того же размера, что и здание, которое они собираются здесь возводить, — размышляла вслух Алиса. — Но как они смогут построить что-нибудь, если план уже занимает все место?»

Строители закончили укладывать план на место и вернулись к груде кирпичей. Все они подняли кирпичи и начали швырять их на план в случайном порядке. Воцарился хаос: что-то случайно падало на одно место, что-то — на другое, и Алиса не могла понять, в чем замысел. «Что вы творите? — спросила она человека, который стоял в сторонке. Он ничего не делал, так что она предположила, что это бригадир. — Вы просто создаете беспорядочные кучи кирпичей. Разве вам не надо возводить здание?»

«Конечно надо, дорогая, — ответил бригадир. — Действительно, случайные флуктуации достаточно велики, чтобы cкрыть шаблон, но поскольку мы подложили распределение вероятностей для нужного нам результата, мы к нему придем, не беспокойся».

Алиса почувствовала, что это выражение оптимизма прозвучало не очень убедительно, но осталась на месте и смотрела, как дождь из кирпичей продолжает падать на площадку. Постепенно, к своему изумлению, она обнаружила, что на определенные участки падало больше кирпичей, чем на другие, так что она увидела проступающие схемы дверей и стен. Она зачарованно наблюдала, как узнаваемые формы комнат начали появляться из исходного хаоса. «Это потрясающе! — закричала она. — Как вам удалось это сделать?»

«Разве я не сказал? — улыбнулся бригадир. — Ты видела, как мы положили на землю распределение вероятностей перед тем как начать. Оно определяет, где должны быть кирпичи, а где их быть не должно. Это необходимо сделать перед тем, как класть кирпичи, поскольку мы не можем предсказать, куда попадет каждый брошенный нами кирпич, ты же понимаешь».

«Я не понимаю, почему, — перебила его Алиса. — Я привыкла к тому, что кирпичи кладут на место один за другим, в аккуратные ряды».

«Ну знаешь, это не способ для Страны квантов. Здесь мы не можем контролировать траекторию каждого отдельного кирпича — только вероятность того, что он попадет в то или другое место. Это означает, что когда у тебя всего несколько кирпичей, они могут оказаться где угодно и будет казаться, что системы нет вообще. Но с увеличением их числа ты понимаешь, что кирпичи оказываются только там, где существует вероятность их появления, и чем выше вероятность, тем больше кирпичей там оказывается. Когда ты используешь очень много кирпичей, это все прекрасно срабатывает».

Энергетический займ

Когда Алиса прошла в двери, она оказалась в большом зале с колоннами и стенами, отделанными мрамором. Изнутри банк выглядел похожим на любой другой. Вдоль дальней стены тянулась линия кассовых окошек, а пространство было разделено портативными перегородками, так что клиентам пришлось выстраиваться в аккуратные очереди, чтобы их обслужили. Однако в данный момент посетителей в зале не было: кроме кассиров и охранника никого не было видно.

Поскольку Алисе посоветовали обратиться за информацией в банк, она целеустремленно направилась к линии окошек. «Постойте! — закричал ей охранник. — Куда это вы собираетесь, юная мисс? Вы не видите, что тут очередь?»

«Извините, — ответила Алиса. — Но я не вижу очереди. Тут никого нет».

«Конечно, есть, и их множество! — решительно ответил страж. — Похоже, сегодня у нас тут целый наплыв «никого». Хотя обычно мы относимся к ним как к виртуальным посетителям. Я редко видел так много виртуальных частиц, ожидающих своих энергетических займов».

У Алисы появилось уже знакомое чувство, что ситуация вряд ли быстро прояснится. Она оглядела окошки и увидела, что, хотя комната оставалась пустой, кассиры были очень заняты. Наблюдая за ними, она заметила, как то перед одним, то перед другим окошком появляются яркие фигурки и быстро мчатся прочь из банка. У одной из касс она увидела пару фигур, материализовавшихся одновременно. В одной она узнала электрон, а другой был похож на его фотографический негатив, во всем противоположный тем электронам, которые ей уже доводилось видеть.

Читайте далее на T&P.


Автор: Дарья Варламова

Источник: T&P


0



Для лиц старше 18 лет