В реальности строение атома намного сложнее, чем предлагает нам планетарная модель Резерфорда с вращающимися вокруг ядра электронами. Еще на заре века физики обнаружили, что электроны обладают загадочным свойством исчезать на одной орбите и тут же появляться на другой. Чтобы как-то объяснить этот феномен микромира, ученые вынуждены были допустить, что элементарные частицы могут существовать и в виде корпускул, и в виде волны. Знаменитый Луи де Бройль предположил также, что каждой частице соответствует волна, заполняющая все пространство.
Амплитуда этой волны максимальна там, где вероятнее всего находится частица. Но в любой момент без видимого перехода она может изменить местоположение. Чем не телепортация?..
Один из основоположников квантовой физики, австрийский ученый Эрвин Шредингер, размышляя о странностях поведения частиц, поставил в 1935 году мысленный эксперимент, который до сих пор смущает умы.
«Допустим, – заявил Шредингер, – в закрытом ящике находится кошка. Там же есть счетчик Гейгера, баллончик с ядовитым газом и радиоактивная частица. Если последняя проявит себя как корпускула, счетчик радиоактивности сработает, включит баллончик с газом, и кошка умрет. Если частица поведет себя как волна, счетчик не среагирует, и животное соответственно останется в живых. Что можно сказать о кошке, глядя на закрытый ящик?»
С житейской точки зрения кошка либо жива, либо нет. Но законы квантовой физики предполагают, что кошка и жива и мертва одновременно с вероятностью 0,5. И такое ее странное состояние будет продолжаться до тех пор, пока какой-нибудь наблюдатель не снимет эту неопределенность, заглянув в ящик.
Шредингер и сам был не рад, когда запустил в оборот такую абстракцию. Ученые всех стран переполошились. Выходит, для данной точки отсчета человек может быть наполовину жив, наполовину мертв или наполовину здесь, наполовину там?
Особенно возмущались по этому поводу научные идеологи в СССР, где, как вы помните, царил практически поголовный атеизм. Ведь по всему выходило, что квантовая физика допускала существование Бога – того самого стороннего наблюдателя, от которого зависит состояние человечества, живущего в «ящике» под названием Земля!
Постепенно все немного успокоилось. Специалисты сошлись на том, что законы микромира не стоит переносить на макромир. Другими словами – что дозволено электрону, то человеку ни-ни.
Но недавно физик Дэвид Ричард из Массачусетс кого университета показал, что квантовая физика распространяется не только на элементарные частицы, но и на молекулы, принадлежащие уже макромиру.
Потом Кристофер Монро из Института стандартов и технологий (США) экспериментально показал реальность парадокса «кошки Шредингера» на атомном уровне.
Опыт выглядел следующим образом: ученые взяли атом гелия и мощным лазерным импульсом оторвали у него один из двух электронов. Получившийся ион гелия обездвижили, понизив его температуру почти до абсолютного нуля. У оставшегося на орбите электрона существовало две возможности – либо вращаться по часовой стрелке, либо против. Но физики лишили его выбора, затормозив частицу все тем же лучом лазера.
Тут-то и произошло невероятное событие. Атом гелия раздвоился, реализовав себя сразу в обоих состояниях: в одном электрон крутился по часовой стрелке, в другом – против часовой… И хотя расстояние между этими объектами было всего 83 нанометра (в школьный микроскоп не разглядишь), но на интерференционной картине отчетливо просматривали следы обоих атомов. Это был реальный физический эквивалент «кошки Шредингера», которая и жива и мертва одновременно.