Всегда готова! бодро заверила Мила.
Рассуждая об этих открытиях Эйнштейна, упоминают о парадоксе близнецов.
Что это такое?
Ты наверняка об этом слышала или видела в каком-нибудь фантастическом фильме. Просто забыла или не придала значения. Предположим, что существуют некие братья-близнецы, один из которых живет себе где-нибудь преспокойно, а другой стал космонавтом и отправляется в двадцать пять лет в Космос, где совершает свое путешествие со скоростью, близкой к скорости света. Тот самый космонавт, про которого мы только что говорили, пошутил Глеб. После десяти лет такого полета он возвращается на Землю. Ко времени его приземления по своим космическим часам, ну, тем, которые на его корабле, он определяет, что прошло двадцать лет. Получается, что сейчас ему сорок пять лет. Если бы он не знал теорию относительности, он бы очень удивился, увидев своего брата. Потому что на этот момент тот значительно старше.
И какой из этого можно сделать вывод?
А вот какой: космические путешествия на скорости, близкой к скорости света, это путешествия во времени! Фантасты об этом пишут книги, режиссеры снимают фильмы! Но это может быть и реальностью! восторженно заключил Глеб.
Значит, и сюда ты попал таким же образом, развивая скорость, выше скорости света?
Ну, со мной немного по-другому. Это вообще покажется тебе за гранью.
Да осознать это, честно говоря, сложно. Остается только принять. Это как вера в Бога. Его же никто не видел. Но мы в него верим Так и здесь
Ну, если тебе так легче, прими, как данность, без всяких доказательств, рассмеялся Глеб.
Что же именно поэтому получается, что все в мире относительно?
Не совсем. Но это долго объяснять. Да и незачем. Ты просто пойми, что специальная теория относительности Эйнштейна связывает временные промежутки и пространство. В материальной, то есть в нашей Вселенной существует три измерения пространства: вправо и влево, вперед и назад, вверх и вниз. Так ведь? А если добавить к ним другое измерение, называемое временным, то это составит основу пространственновременного континуума.
А, да, да, да, что-то такое я слышала, конечно.
Конечно, слышала, иначе и быть не могло. Теперь давай пойдем дальше. Или устала?
Нет-нет, давай, пока я настроилась.
Хорошо, ты знаешь, за что Эйнштейн получил Нобелевскую премию?
Ну, если честно, нет, толком не знаю. Я думала, что за теорию относительности и получил.
Так, ладно, а такое понятие, как квантовая механика, тебе известно?
Ну, я же не совсем дремучая. Не как Фрося Бурлакова из известного кинофильма, при всем к ней уважении Известно, конечно. Это часть квантовой физики. Она изучает законы микромира, а не макромира, в котором мы живем. И часто совершенно невозможно представить себе, что происходит с мелкими частицами, ну, с электронами и фотонами в этом самом микромире, до того фантастичными бывают результаты. Там проводились какие-то эксперименты
Да ты умница! Действительно, вот тебе один из примеров: если мы положим чтолибо в одну из двух, допустим, коробок, то вторая останется пустой. Правильно?
Ну, да
Но это в нашем, как ты правильно сказала, макромире. А в микромире, если вместо нашего предмета, будет атом, то он может находиться одновременно в обеих коробках.
Действительно фантастика.
Но это на самом деле подтверждалось экспериментами. Тут ты опять права. Или, например, ты же любишь фотографировать, вот если ты фотографируешь движущийся предмет, что получится?
Я поняла, куда ты клонишь Да, получится как бы линия, то есть как будто предмет, допустим, машина или бегун, или еще что-то находится одновременно в разных точках пространства, в то время, как это что-то находится в одном конкретном месте.
Правильно, довольно рассмеялся Глеб, Именно так. Потому что в микромире электрон находится одновременно во всех сферах точки вокруг ядра атома.
Ну ладно, с этим разобрались. Ты говорил про Нобелевскую премию. Это тоже связано с квантовой механикой?
Да, именно с ней и связано. Хотя, смотри, если квантовая механика это достижение целой плеяды великолепных ученых, среди которых, кстати, и Эйнштейн, то теория относительности это плод работы одного человека. И все же еще более важным было другое: Эйнштейн понял, что свет это не только волна. Если поставить руку напротив свечи, то на стене будет не чёткая тень от руки, а с расплывающимися контурами, как бы волнами. Так?
Да, именно с ней и связано. Хотя, смотри, если квантовая механика это достижение целой плеяды великолепных ученых, среди которых, кстати, и Эйнштейн, то теория относительности это плод работы одного человека. И все же еще более важным было другое: Эйнштейн понял, что свет это не только волна. Если поставить руку напротив свечи, то на стене будет не чёткая тень от руки, а с расплывающимися контурами, как бы волнами. Так?
Ну, да
Но иногда свет ведет себя и как частица, которая излучается порциями, квантами. Но и электроны, как и свет, тоже могут иметь волновую природу, то есть могут интерферировать.
Попрошу не выражаться пошутила Мила
Вообще, чтобы это лучше понять, надо абстрагироваться от всего, что ты знаешь из классической физики. Потому что и теория относительности, и квантовая механика навсегда изменили те объяснения мира, которые основывались, казалось бы, на здравом смысле и на повседневных наблюдениях одновременности, положении в пространстве или скорости. Если Ньютон превратил окружающий нас мир в часовой механизм, которым можно было управлять по желанию и в соответствии с нуждами промышленной революции, то Эйнштейн превратил нашу реальность в то пространство, где можно мечтать о невозможном. И независимо, насколько были понятны в свое время его идеи, их эхо и сейчас слышится повсюду. Так что про свои школьные знания забудь.
Ну, я не так уж много и знаю.
Но про корпускулярно-волновой дуализм помнишь?
Да ты что?! Издеваешься? Понятия не имею, что это такое. Какая-то китайская грамота! Я же не на физмате училась!
И вовсе не китайская, рассмеялся Глеб. Хотя и не совсем школьная программа, конечно. Ладно. Продолжаю тебе рассказывать об открытии Эйнштейна. Когда мы говорим о маленьких частицах микромира, то они могут быть одновременно и волнами, и частицами. Вот в чем весь фокус! Это сейчас мы уже точно знаем, что и свет, и электроны имеют квантовую природу, являются и волнами, и частицами одновременно. А в начале 20-го века результаты этих экспериментов были сенсацией. Поэтому Эйнштейн и был удостоен Нобелевской премии. Ну, как, не надоело еще?
***
Да нет, давай уже разберемся
Осталось немного. Но теперь внимание! Объекты нашего макромира могут находиться только в одном определенном месте и в одном определенном состоянии. Это мы с тобой уже выяснили, но квантовая частица существует по своим законам. Это значит, что любая квантовая частица находится, как правило, в нескольких состояниях или в нескольких точках пространства одновременно. Вот так-то! И это тоже экспериментально доказано. Нам остаётся просто признать это как аксиому. А теперь еще разочек напрягись, пожалуйста. Предположим, у нас есть электрон, и летит он себе в неопределённом состоянии, вектор его направлен и вверх, и вниз одновременно. Но нам надо измерить его состояние. Не вдумывайся, просто послушай! Вот тут неизбежно возникает вопрос: до измерения ведь у электрона не было какого-то конкретного направления, так? Летел он себе в пространстве и летел, Бог знает куда. Он ведь был во всех состояниях одновременно? В этом-то и заключается сенсация квантовой механики! Этакая ее своеобразная фишка!
Поясни потому что я ничего не поняла.
Поясняю пока мы не измеряем состояние квантового объекта, он может вращаться в любую сторону, иметь любое направление вектора, ну, не буду еще больше усложнять. Но в момент, когда мы измерили его состояние, он как будто, подумав, принимает решение, какой вектор ему принять. Вот такой крутой и непредсказуемый этот квантовый объект сам принимает решение о своём состоянии! И мы не можем заранее определить, каким это решение будет, когда он влетит в магнитное поле, в котором мы его измеряем. Вероятность того, что он решит иметь вектор «вверх» или «вниз» пятьдесят на пятьдесят. Но как только он это решил все он находится в определённом состоянии с конкретным направлением. И причиной его решения является наше измерение и ничто другое!
Интересно! Хотя и не совсем понятно.
Чтобы тебе стало понятно, расскажу об одном простом и известном эксперименте. У тебя есть монетка?
Сейчас, ответила Мила и полезла в сумку за кошельком. Вот!
Раскрути ее на ребре. Раскрути, раскрути, предложил он Миле.
Прямо сейчас?
Конечно, прямо сейчас. Монетка это наш квантовый объект. Когда она крутится, мы не знаем, орел будет или решка, но как только мы решим это выяснить, то есть прихлопнем монетку ладонью, сразу все станет ясно, сказал Глеб и действительно прихлопнул монетку рукой. Получается, что как бы сама монетка в этот момент принимает решение все же орел или решка. Вот и электрон примерно также. Фантастика! Правда? Но это ещё не всё. Наконец-то, мы добрались до самого интересного.