Знание-сила, 2001 № 08 (890) - [11]

Что сейчас? Такое впечатление, что по сравнению с недавними в общем-то временами воцарилась тишина. Какая там квантовая механика в школе – дай Бог, при урезанной-то программе, азы классической механики усвоить. Даже в серьезных вузах не рискуют (и при нынешних возросших конкурсах) интересоваться глубиной познаний в современной физике. Тираж «Кванта» упал – как и всех научно-популярных изданий – до нескольких тысяч экземпляров. Найдитека изданную в последние годы доступную брошюру по квантовой механике. А где разыскать внятно изложенную информацию с научных конференций?

«В настоящее время нет ни одного экспериментального факта, который нельзя было бы объяснить на основе квантово-механических идей, и в этом смысле квантовая механика – вполне законченная наука», – писал в «Знание – сила» B.C. Барашенков более восемнадцати лет назад. Может быть, поистине больше и говорить сегодня не о чем – как это бывало в истории, одна из наук завершила свой цикл, канонизировалась, пришли новые «герои», и необходимость в сколько-нибудь широком распространении ее идей отмирает? Остаются технический инструментарий, рутинная работа и «блеск славного прошлого»?

Как бы не так! Скорее, сложилась ситуация, когда «знающие – молчат, говорят – незнающие». Мостики между реальным существованием науки и ее общественным образом были где сожжены, где сломаны, носители знания и его многочисленные потенциальные потребители оказались информационно разлучены. В то же время квантовая наука не перестает обновляться, накопив достаточно противоречий для саморазвития. Возможно, ей не хватает обсуждения таких глубоких концептуальных проблем, что поднимались Эйнштейном и Бором. Но, скажем, рассмотрение недостатков Стандартной модели, у которой довольно и сторонников, и противников, – это захватывающий сюжет на ближайшие годы.

Появились утверждения о том, что понимание квантовой механики может быть упрощено, что достигается новый уровень ее наглядности, недоступный в рамках прежних подходов. Открываются перспективы изучения ее влияния на самые глубинные характеристики строения материи. Однако, как справедливо сетуют авторы новых идей, общество сейчас крайне нуждается в «квантовой пропаганде», в донесении до тех# кто, подобно Эйнштейну, относился к квантовой механике как к «колдовскому исчислению», новых возможностей ее освоения.

Думаем, что авторами предлагаемых вашему вниманию статей также двигало стремление по-своему восполнить дефицит той самой «квантовой пропаганды». Переплетение истории идей с животрепещущими современными проблемами, сенсации и обретения квантовой теории – пульс не только нынешней «Темы номера». Обещаем к ней еще не раз вернуться.

Рафаил Нуделъман

Как спасти шредингеровскую кошку

Нет повести печальнее на свете, чем повесть о шредингеровской кошке (или коте, если угодно). Как вы сейчас поймете, повесть о Ромео и Джульетте в сравнении с этой кажется веселым рассказом.

Знаменитый физик Эрвин Шредингер придумал свою кошку спустя лет десять после того, как, отдыхая с очередной подругой в горах Швейцарии, придумал свое знаменитое уравнение. Для только что созданной квантовой механики, или науки о микрочастицах вещества это уравнение Шредингера было тем же, что для обычной механики, или науки о движении обычных частиц и тел уравнение Ньютона (гомните – ускорение тела прямо пропорционально приложенным к нему силам и обратно пропорционально его массе?). Уравнение Ньютона позволяло рассчитать движение тела, если были известны приложенные к этому телу силы. Точно так же уравнение Шредингера позволяло рассчитать движение микрочастицы, если были известны приложенные к ней силы. С одной разницей: уравнение Ньютона позволяло рассчитать траекторию тела под воздействием известных сил, а уравнение Шредингера позволяло рассчитать лишь вероятность движения микрочастицы по той или иной траектории под воздействием известных сил. И это не было упущением Шредингера. Просто микрочастицы, как упрямо показывали все опыты с ними, обладали принцип иально иными свойствами, нежели обычные, большие, макроскопические тела. Они не желали двигаться по какой-то определенной траектории. Они вообще не желали находиться в каком-либо определенном месте с определенной скоростью. Самое большее, они были согласны находиться там или сям с той или иной вероятностью. Уравнение Шредингера позволяло вычислить именно эту вероятность. Подставив в него формулу действующей на микрочастицу силы, исследователь с помощью определенной (зачастую довольно громоздкой) математической процедуры мог решить это уравнение, и тогда он получал «на выходе» формулу, по которой можно было вычислить, какова вероятность того, что микрочастица находится в той или иной точке пространства с той или иной скоростью.

Результаты такого расчета можно представить себе наглядно, если в каждой точке пространства сделать более или менее сильный нажим карандашом: более сильный там, где вероятность пребывания частицы больше, менее сильный – там, где ее менее вероятно найти. Получится некое распределение более темных и менее темных точек, нечто вроде облака с разной плотностью в разных местах. Это облако называют «волновой функцией» микрочастицы. Принято говорить, что эта функция «описывает состояние» микрочастицы, понимая под «состоянием» вот это распределение вероятностей для ее местоположения и скорости. Таким образом, уравнение Шредингера, говоря точнее, дает возможность вычислить волновую функцию, или состояние микрочастицы в заданных внешних условиях.