Книга знаменитого британского автора Джона Гриббина «В поисках кота Шредингера», принесшая ему известность, считается одной из лучших популяризаций современной физики.
Без квантовой теории невозможно существование современной науки, без нее не было бы атомного оружия, телевидения, компьютеров, молекулярной биологии, современной генетики и многих других неотъемлемых компонентов современной жизни. Джон Гриббин рассказывает историю всей квантовой механики, повествует об атоме, радиации, путешествиях во времени и рождении Вселенной. Книга ставит вопрос: «Что есть реальность?» – и приходит к самым неожиданным выводам. Показывается вся удивительность, странность и парадоксальность следствий, которые вытекают из применения квантовой теории.
Предназначено для широкого круга читателей, интересующихся современной наукой.
Оглавление
Джон Гриббин. В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность
Благодарности
Введение
Пролог. Ничто не реально
Часть первая. Квант
Глава первая. Свет
Волны или частицы?
Торжество волновой теории
Глава вторая. Атомы
Атомы в XIX столетии
Атомы Эйнштейна
Электроны
Ионы
Рентгеновские лучи
Радиоактивность
Внутри атома
Глава третья. Свет и атомы
Зацепка абсолютно черного тела
Непрошеная революция
Что такое h?
Эйнштейн, свет и кванты
Глава четвертая. Атом бора
Прыгающие электроны
Водород получает объяснение
Элемент случайности: боги игральные кости
Атомы в перспективе
Химия получает объяснение
Часть вторая. Квантовая механика
Глава пятая. Фотоны и электроны
Частицы света
Корпускулярно-волновой дуализм
Волны электронов
Разрыв с прошлым
Принцип исключения Паули
Куда дальше?
Глава шестая. Матрицы и волны
Прорыв в Гельголанде
Квантовая математика
Теория Шрёдингера
Шаг назад
Квантовая кулинария
Глава седьмая. На кухне с квантом
Антиматерия
Внутри ядра
Лазеры и мазеры
Могучее микро
Сверхпроводники
Сама жизнь
Часть третья …И не только
Глава восьмая. Случайность и неопределенность
Смысл неопределенности
Копенгагенская интерпретация
Опыт с двумя прорезями
Редукция волн
Законы дополнительности
Глава девятая. Парадоксы и возможности
Часы в коробке
Парадокс Эйнштейна – Подольского – Розена
Путешествия во времени
Время Эйнштейна
Нечто из ничего
Кот Шрёдингера
Соучастная Вселенная
Глава десятая. Где собака зарыта
Парадокс спина
Загадка поляризации
Эксперимент Белла
Доказательство
Что это означает?
Подтверждение и практическое применение
Глава одиннадцатая. Множество миров
Кто наблюдает за наблюдателями?
Коты Шрёдингера
Превосходя научную фантастику
Превосходя Эйнштейна?
Второй взгляд
Превосходя Эверетта
Наше особенное место
Эпилог. Неоконченное дело
Искривленное пространство-время
Нарушенная симметрия
Супергравитация
Является ли вселенная флуктуацией вакуума?
Инфляция и Вселенная
Кода. Обращаясь к современности
Отрывок из книги
Мое знакомство с квантовой теорией состоялось более двадцати лет назад, еще в школе, когда я обнаружил, что теория оболочечного строения атома магическим образом объясняла всю периодическую систему элементов и практически всю химию, с которой я мучился на множестве скучных уроков. Я сразу же начал копать дальше, прибег к помощи библиотечных книг, как утверждалось, «слишком сложных» для моей скромной научной подготовки, и сразу же заметил прекрасную простоту объяснения атомного спектра с позиции квантовой теории и впервые открыл для себя, что лучшее в науке одновременно прекрасно и просто, а этот факт слишком многие учителя – случайно или нарочно – скрывают от своих учеников. Я чувствовал себя прямо как герой романа «Поиск» Ч. П. Сноу (хотя и прочитал его гораздо позже), который открыл то же самое:
Отчасти благодаря этому озарению в университете я решил изучать физику. В положенный срок мои амбиции осуществились, и я стал студентом университета Сассекса в Брайтоне. Но там простоту и красоту глубинных идей затмило многообразие деталей и математических методов решения конкретных проблем с помощью уравнений квантовой механики. Применение этих идей к миру современной физики давало, пожалуй, примерно такое же представление о глубинной красоте и истине, какое дает пилотирование Boeing 747 о дельтапланеризме. Хотя сила изначального озарения по-прежнему оказывала наиболее существенное влияние на мою карьеру, долгое время я не обращал внимания на квантовый мир и открывал для себя другие прелести науки.
.....
Он пустил свет на экран, в котором были проделаны две узкие прорези. Позади этого препятствия свет от двух прорезей расходился и интерферировал. Если аналогия с волнами воды была верна, то по ту сторону препятствия должна была появиться интерференционная картина из чередующихся зон света и темноты, вызванная конструктивной и деструктивной интерференцией волн от каждой прорези. Юнг наблюдал именно это – сменяющие друг друга полосы света и тени на экране, – когда поместил позади прорезей белый экран.
Однако эксперимент Юнга не перевернул научный мир, особенно в Британии. Научное сообщество там практически приравнивало любое несогласие с идеями Ньютона к ереси и отсутствию патриотизма. Ньютон умер только в 1727 году, а в 1705-м, менее чем за сто лет до оглашения Юнгом своих результатов, он стал первым ученым, которого посвятили в рыцари. В Англии не могли так скоро сбросить со счетов легенду, поэтому, возможно, в те годы Наполеоновских войн наилучшим стало то, что именно француз, Огюстен Френель, подхватил эту «непатриотичную» идею и в итоге развил волновое объяснение природы света. Работа Френеля появилась через несколько лет после опыта Юнга и, будучи более полной, дала волновое объяснение практически всех аспектов поведения света. Среди прочего Френель объяснил явление, известное всем нам сегодня, – красивые цветные разводы, которые возникают при попадании света на тонкую масляную пленку. Это происходит опять же из-за интерференции волн. Часть света отражается от поверхности пленки, тогда как другая проникает внутрь и отражается от нижнего слоя. Таким образом получаются два отраженных пучка, которые интерферируют друг с другом. Поскольку каждый цвет соответствует различной длине волны, а белый свет состоит из смеси всех цветов радуги, отражение белого света от масляной пленки создает множество цветов из-за того, что некоторые волны (цвета) интерферируют деструктивно, а некоторые конструктивно – в зависимости от того, где располагается глаз наблюдателя относительно пленки.
