Театр Харухи Судзумии - Нагару Танигава

Ну да.

— Хотя частицы могут быть невероятно мелкими, они всё же имеют материальную форму. Углерод и кислород, из которых состоит человеческое тело, представляют из себя атомы, но протоны и нейтроны внутри ядер этих атомов являются частицами. Кварки ещё меньше, но и они чётко проявляют себя в качестве элементарных частиц.

Пока что усваивается.

— Иными словами, на понятийном уровне между волнами и частицами существует принципиальное различие. И всё же свет и электричество условно считаются одновременно и волнами, и частицами.

Угу.

— Если поставить опыт, чтобы наблюдать их как волну, они будут вести себя как волна, но если целью опыта будет наблюдение их в качестве частиц, то и они проявят себя соответствующим образом. Такое поведение кажется парадоксальным, однако это установленный факт, подтверждённый опытными наблюдениями.

Мне пришлось сдержаться, чтобы не спросить, почему так происходит.

Коидзуми едва заметно улыбнулся.

— Просто так всё обстоит, и ничего с этим не сделать. Все вопросы можешь положить в вакуумный пакет и кинуть в морозилку. Просто прими, даже если не понимаешь. Я и сам не могу сказать, что мне всё ясно. Один авторитет в области квантовой теории сказал, что в ходе глубоких размышлений над квантовой механикой он пришёл к буддийскому принципу «форма есть пустота».

Во даёт.

— При чтении книг по квантовой физике возникает вопрос: неужели всё это нельзя написать доступнее? Но теперь, когда мне самому приходится объяснять, должен сказать, что квантовая механика — это полная противоположность того, что можно объяснить на пальцах.

Тут он посмотрел на Нагато, возможно, надеясь, что она возьмёт на себя этот труд, но органический андроид, в миниатюрном теле которого пребывала божественность Афины, продолжала механически перекладывать серебряной шпажкой виноградины с блюда с фруктами себе в рот.

Коидзуми вздохнул.

— Далее мне следует объяснить явление суперпозиции. Согласно теории Нагато-сан, здесь мы находимся в состоянии квантовой суперпозиции с другими нашими телами, оставшимися в реальном мире — но что это означает?

Коидзуми задумчиво скосил глаза вверх.

— Попробую объяснить это на примере электронов. Направление спина электрона с вероятностью 50% может быть либо в одном направлении, либо в другом, и установлено оно может быть только в результате наблюдения.

А что такое спин?

— Момент вращения. Тебе достаточно знать, что частицы вращаются в разных направлениях. При желании это вращение можно обозначить как «вверх» или «вниз», «влево» или «вправо», «плюс» или «минус».

Наверное, не стоит мне записываться на факультатив по физике.

— Допустим, в результате наблюдения спин электрона определён как вверх. Но вот в чём загвоздка: исходя из жизненного опыта интуиция подсказывает нам, что спин электрона всегда был вверх или вниз, и акт наблюдения это лишь подтверждает. Но в квантовом мире всё не так.

А как тогда?

— До того, как электрон наблюдается, он находится в состоянии, в котором его спин может быть либо вверх, либо вниз. В момент наблюдения он с пятидесятипроцентной вероятностью принимает одно из этих двух состояний. Переходит из неопределённого состояния — наполовину вверх, наполовину вниз — к состоянию, когда его спин определён: спин либо вверх, либо вниз.

И кто это решает?

— Никто. Это определяется чисто статистическими вероятностями.

Коидзуми взял с серебряного подноса оливку и раскрутил её на столике.

— Предположим, ты бросаешь игральный кубик. Пока он вращается, ты его накрываешь чашкой и ждёшь, пока он остановится. В этом примере, ещё до того, как ты уберёшь чашку, кубик остановится на чётном или нечётном значении. Но в квантовой механике кубик будет продолжать вращаться до тех пор, пока чашка не будет убрана — бесконечно вплоть до момента наблюдения.

Я стиснул зубы, чтобы не прокомментировать такой идиотизм.

— Мы рассматривали пример момента вращения, но то же самое можно сказать и о расположении в пространстве. Представь себе электрон внутри непрозрачной коробки. Мы устанавливаем в коробке перегородку, которая делит её на левую и правую половины. Поскольку электрон — это волна, он не оказался лишь с одной из двух сторон: он существует на обеих сторонах одновременно. Когда мы открываем крышку и производим наблюдение, только тогда частица обнаруживается слева или справа. До этого момента электрон может быть и там, и там.

Понимаю, почему он запретил мне говорить «С трудом в это верится».

— Это и есть состояние квантовой суперпозиции. А теперь рассмотрим явление квантовой запутанности. Вот главный момент, который тебе необходимо понять.

По-моему, у меня череп изнутри чешется.

— Как следует из знаменитого уравнения Эйнштейна E = mc², энергия и материя эквивалентны, а значит, возможно преобразование энергии в обладающую массой материю. Рассмотрим такую элементарную частицу, как кварк. Он мог в результате некого воздействия возникнуть из энергии. Однако, созданный в тот момент кварк был не один: вместе с ним был рождён и другой кварк с противоположными характеристиками.

Вроде бы ясно, но не совсем.

— Приняв это и оставив в стороне вопрос о том, как это происходит, мы понимаем, что из одного кванта могут произойти два электрона. Согласно закону сохранения момента вращения, спин этих двух электронов должен противоположным.

Ну, наверное, так.

— Для наблюдателя один будет вращаться вверх, а другой — вниз.

Логично.

— Назовём их электрон А и электрон Б.

Не возражаю.

— Повторюсь: электрон А или Б вращается вверх, а другой — вниз. У них не может быть одинакового спина. Если А — вверх, то Б — вниз; если А — вниз, то Б должен быть вверх.

Ага.

— Предположим, мы решили пока не наблюдать эти два электрона. Электрон А мы оставили у себя, а электрон Б отправили на другой конец света — куда-нибудь в Бразилию. Если произвести наблюдение оставшегося у нас электрона А, то с пятидесятипроцентной вероятностью он будет вверх или вниз. Скажем, наблюдение показало, что спин электрона А — вверх. Это автоматически означает, что электрон Б в Бразилии имеет спин вниз.

Э… ну да.

— Но как я уже говорил, направление спина не было предопределённым, а определилось исключительно фактором случайности в момент наблюдения. Другими словами, равновероятно, что электрон А мог наблюдаться имеющим спин вниз. В этом случае электрон Б автоматически имел бы спин вверх. Однако...

Однако?

— Тогда как электрон Б в Бразилии узнал, что электрон А был наблюдаем? Как я сказал в начале, один электрон всегда имеет равную вероятность вращаться вверх или вниз. Словно электрон Б подумал: