Парадоксы квантовой физики

«Если вам кажется, что вы понимаете квантовую теорию... то вы не понимаете квантовую теорию.»
Ричард Фейнман

Квантовая физика существует как объективная реальность, но само понимание остается непреодолимым барьером. Интуиция, основанная на нашем повседневном опыте, оказывается слишком слабой, когда нужно прояснить загадочные аспекты квантовой физики.

Парадокс — это явление, которое содержит некое «внутреннее противоречие» и поэтому кажется наблюдателю нелогичным и невероятным. То есть оно может существовать в реальности, но не имеет логического объяснения. Или же нам не хватает знаний для объяснения данного феномена.

Ниже рассмотрим несколько парадоксов квантовой физики.

Кот Шредингера

Как уже было рассказано ранее, Эдвин Шредингер в 1935 году вообразил себе эксперимент. В закрытую коробку вместе с котом помещают механизм, выпускающий яд только в том случае, если 1 атом этого радиоактивного вещества, помещенного в тот же коробок, распадается в течение часа. Получается, что, пока ящик закрыт, кот внутри в конкретный момент времени одновременно и жив, и мертв. Таким образом, при наблюдении за замкнутой системой неопределенности ее состояния можно избежать, только наблюдая за конкретным объектом в ней.

Парадокс Клейна

Релятивистскую частицу перемещают сквозь потенциальный барьер, энергия которого больше потенциальной энергии этой частицы. Для наглядности представьте себе бегуна, который на полном ходу стакивается с бетонной стеной. Так вот, по другую сторону стены другой бегун, принимая его импульс, начинает бежать с такой же скоростью, как бы принимая все физические характеристики спортсмена, оставшегося за стеной. Если с точки зрения классической механики это невозможно, то с точки зрения квантовой механики при ударе о барьер частица энергии будет через поле передана частице по другую сторону барьера, которая станет двигаться по тому же вектору.

Парадокс Зенона

Пока вы будете продолжать наблюдение за нестабильной квантовой частицей, она не распадется. Чтобы иметь возможность наблюдать за частицей, ученым необходимо постоянно передавать ей энергию или дополнительный импульс, и чем активнее она, тем с меньшей вероятностью произойдет распад.

Корпускулярно-волновой дуализм

Мы уже не раз упоминали, что некоторые объекты, например свет, могут проявлять как свойства волны, так и корпускулярные свойства. Их можно рассматривать и как волну, и как совокупность частиц. В квантовой физике эти два подхода дают разные сведения, дополняющие друг друга.

Квантовая запутанность

Если взять частицу из определенного множества частиц и повлиять на нее любым способом, то изменится состояние и остальных частиц, даже если они находятся в совершенно иных условиях.

Квантовая запутанность — квантово-механическое явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми. Такая взаимозависимость сохраняется, даже если эти объекты разнесены в пространстве за пределы любых известных взаимодействий, что находится в логическом противоречии с принципом локальности.

Телепортация

Элементарные частицы тесно связаны между собой на неком уровне за пределами времени и пространства. Если спровоцировать образование двух частиц одновременно, то они окажутся связанными друг с другом, или, как говорят физики, будут находиться в состоянии суперпозиции. Если мы затем выстреливаем их в противоположные концы Вселенной и через некоторое время тем или иным образом изменяем состояние одной из частиц, вторая частица тоже мгновенно изменится, чтобы прийти в такое же состояние. Телепортация — это по сути копирование состояния частиц без передачи энергии и самого вещества.

Сверхтекучесть

При температурах, близких к абсолютному нулю, вещество, которое мы назовем квантовой жидкостью, приобретает свойство просачиваться сквозь капилляры и узкие каналы, не вызывая трения. При таких температурах атомы вещества ведут себя практически одинаково, а значит, происходит минимальное количество столкновений. А нет столкновений — нет траты энергии, а следовательно, и трения.

Сверхпроводимость

Это квантовый эффект, когда при температурах, близких к абсолютному нулю, сопротивление проводника практически отсутствует.

Приведенные парадоксы—это лишь надводная часть айсберга, называемого «квантовая физика». Физики утверждают, что законы квантовой механики в наши дни неполны и в будущем будут выведены новые, дополняющие старые.