Главная Новости Что мы увидим, если уменьшимся до размеров одного атома?

Как выглядит мир размером с атом?

В 2022 году три физика получили Нобелевскую премию по за работу над "жуткой" квантовой запутанностью. Некоторые искатели квантов теперь умозрительно представляют себе вечеринку в субатомном мире. Там они надеются воочию увидеть странные квантовые эффекты, которые давно будоражат их воображение, пишет Альтернативная наука.

Но как будет выглядеть и ощущаться субатомный мир, и как туда попасть?

Квантовое царство

Хорошая новость заключается в том, что квантовый мир не так уж далек. Мы живем в нем. Теория квантовой механики описывает всю Вселенную, включая привычную нам повседневность. Однако на макроскопическом уровне странные квантовые эффекты относительно слабы и трудно воспринимаются.

Чтобы ощутить квантовые странности, человеку пришлось бы уменьшиться до размеров атома, говорит Джим Какалиос, профессор физики из Университета Миннесоты.

Мы не можем попасть в квантовый мир, но мы можем его виртуализировать

Проблема в том, что все атомы примерно одинакового размера и не могут сами уменьшаться. Человек состоит примерно из семи октиллионов атомов, и все они должны втиснуться в пространство размером в один квант.

Такой уменьшенный человек был бы невообразимо плотным.

"Людям пришлось бы придумать способ преобразовать фундаментальные константы Вселенной, чтобы изменить размер своих атомов. Этого сделать невозможно", - поясняет Какалиос.

Но что если вам все-таки удастся обойти законы физики и уменьшиться до размеров атома?

 "Когда вы уменьшитесь до таких размеров, ваше взаимодействие с окружающим миромбудет сильно отличаться от того, что вы обычно видите", - говорит ученый.

"Наши глаза могли бы улавливать отдельные фотоны... Все будет неким непостоянством и странностью, а не непрерывным потоком. Одиночные фотоны света били бы по глазам, как дождь по жестяной крыше. Как вы сможете это обработать, сказать очень трудно".

Два человеческих глаза можно сравнить с экспериментами Томаса Янга с двойной щелью, проведенными в начале 1800-х годов, которые известны тем, что привели нас к квантовой механике.

 

В экспериментах, к которым вернулись в 20 веке, ученые пытались определить, является ли свет волной или потоком частиц. Они обнаружили, что на самом деле излучение действует и как волна, и как поток частиц. В одной из версий эксперимента через щели посылался по одному фотону, а на фотопластинке за барьером со временем формировалась волновая картинка.

Если свет попадает в наши глаза, фотон за фотоном, то "я предполагаю, что вы увидете странную нечеткость, и вам придется некоторое время смотреть на что-то, прежде чем восстановить стандартную картину, даже тогда стандартная картина будет интерференционной", - предполагает Какалиос.

Запутанность, которая возникает, когда вы сводите вместе две одинаковые частицы, а затем осторожно их разделяете, легче наблюдаема в пределах квантовой области.

"Две частицы будут описываться одной волновой функцией, даже если вы разделите их на большое расстояние. И если вы что-то сделаете с одной частицей, эффект будет "мгновенно" ощущаться другой частицей, потому что они по-прежнему описываются одной единственной волновой функцией".

Однако Какалиос говорит, что эта идея непрактична, даже с учетом технологий будущего.

Микромир

Мы не можем уменьшить себя в квантовом царстве, но у Спироса Михалакиса, физика из Калифорнийского технологического института, есть идея.

Как насчет того, чтобы перенести квантовое царство в наш масштаб?

 

"Мы живем в этом мире, и мы хотим путешествовать во времени в этом мире, а не в микромире. Мы хотим телепортироваться в этом мире. Мы хотим иметь сверхспособности на Земле. Наука говорит, что все это возможно", - фантазирует Михалакис.

Квантовая сфера, по его мнению, это своего рода взламываемый "исходный код реальности". И "квантовая физика говорит, что можем сделать все, что только представим, если знаем, как соединить все вместе. Если у вас есть ингредиенты и рецепт, вы сделаете все, что захотите".

Михалакис представляет себе квантово-инженерное будущее со сверхспособностями, квантовым интернетом, состояниями материи, которые создаеют маленькие блоки Lego реальности, и многим другим. Все это происходит в макрокосме квантовой сферы.

"Мы хотим создать макроскопическую версию квантовой сферы", - надеется Михалакис.

Но, по словам Хидео Мабучи, профессора прикладной физики из Стэнфорда, "встроенная особенность квантовой механики заключается в том, что все действительно странные вещи происходят только под капотом - вы никогда не сможете взаимодействовать с ней напрямую.

 

Даже если бы вы могли представить, что уменьшили себя до размеров атома, вы бы никогда не смогли буквально увидеть или почувствовать частицу, находящуюся в суперпозиции двух различных положений [...] как бы это выглядело или чувствовалось? Это не то, что мы должны испытывать".

Мабучи скептически относится к идее макроскопической технологии в натуральную величину. Он думает, что она не будет когда-либо вести себя квантово-механическим образом.

"Вам придется идеально изолировать большие вещи от любого вмешательства окружающей среды в течение длительного времени", - поясняет Мабучи.

В то же самое время с помощью виртуальной реальности мы могли бы получить версию передовой микроскопии.

"Вы могли бы использовать это научное оборудование и устроить вечеринку на Хэллоуин в атомном мире, по крайней мере, по доверенности. Это то, что однажды может стать реальностью", - фантазирует Мабучи.

Но технология виртуальной реальности еще не создана. При этом ночная прогулка по лесу отдаленно напоминает квантовый мир.

"Вы когда-нибудь были в лесу безлунной ночью и гуляли по нему?" - спрашивает Лукас Вагнер, профессор физики из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн.

"Ваши глаза как бы адаптируются, и вы можете видеть предметы, но они просто очень, очень темные. Края предметов начинают расплываться, и кажется, что они немного движутся", - говорит он.

«Я думаю, все будет примерно так».