Закони класичної та квантової фізики відрізняються один від одного, але вчені знайшли вихід звести їх воєдино. У цій статті ви дізнаєтеся їхню відмінність, і що таке квантовий дарвінізм.
Відмінність квантової фізики від класичної
Фізика, яка вивчає і пояснює явища, що відбуваються в області атомів, їхніх ядер і елементарних частинок, називається квантовою. А класична фізика включає в себе класичну механіку (вивчення руху рідин і частинок), термодинаміку (вивчення температури і теплообміну) та електромагнетизм (вивчення електрики, магнітів і електромагнітних хвиль). По суті квантова фізика в основному долає те, чого не вистачає класичній. Крім того, теорії класичної фізики не володіють універсальною достовірністю, хоча вони є дуже хорошими феноменологічними теоріями, вони не говорять всього про макроскопічні тіла (складаються з дуже великої кількості атомів або молекул).
Квантовий дарвінізм – що це?
Коли мова заходить про фізичний світ, розмір справді має значення. У той час як “великі” (від піщинки до галактичного кластера) об’єкти підкоряються одному набору правил, про які ми знаємо з класичної фізики, “маленькі” об’єкти (атоми й частинки) поводяться зовсім інакше. Саме це відкриття приблизно 100 років тому і призвело до появи дисципліни, яку зараз називають квантовою фізикою.
Учені шукали спосіб примирити ці дві розрізнені фізики протягом десятиліть. І тепер теорія, вперше запропонована польським фізиком-теоретиком Войцехом Зуреком у 2003 році, починає набирати обертів як потенційне джерело компромісу – квантовий дарвінізм.
Одним із незвичайних аспектів квантового світу є суперпозиція, здатність квантової системи існувати в більш ніж одному стані одночасно. Мабуть, система переходить в один або інший стан – переміщаючись із квантового світу в “класичний” – тільки в той момент, коли ми спостерігаємо її. Цей процес називається декогеренцією, а квантовий дарвінізм є спробою пояснити його.
Квантовий дарвінізм припускає, що саме взаємодія системи з навколишнім середовищем викликає декогеренцію, а зовсім не наявність спостерігача. Прихильники цього підходу впевнені, що така точка зору пояснює, чому ми не бачимо макрооб’єктів у квантовому стані – вони завжди піддаються факторам навколишнього середовища.
Перевірка теорії квантового дарвінізму
Згідно з теорією Зурека, квантові системи мають “стани покажчика”. Це конкретні, вимірювані характеристики, такі як місце розташування або швидкість частинки. Коли частинка взаємодіє зі своїм оточенням, усі суперпозиції цих характеристик – альтернативних місць розташування або швидкостей – декогеруються, залишаючи тільки стан покажчика, який і можуть спостерігати люди, тому що він “вкарбовує” себе в навколишнє середовище.
Ось тут ідея дарвінізму і вступає в гру: тільки “найбільш підходящий” стан (найбільш підходящий для даного конкретного середовища) переживає процес декогеренції. “Основна ідея квантового дарвінізму полягає в тому, що ми майже ніколи не проводимо жодних прямих вимірів”, заявив Зурек 2008 року в Інституті фундаментальних питань. “[Навколишнє середовище] схоже на великий рекламний щит, на якому розміщені численні копії інформації про наш Всесвіт”.
Згідно зі статтею Quanta Magazine, опублікованою кілька років тому, три окремі групи дослідників провели експерименти, щоб перевірити квантовий дарвінізм на практиці та відшукати ознаки того, що квантова система закарбовує репліки свого середовища всередині себе. “Усі ці дослідження показали те, що ми й очікували, принаймні приблизно”, – сказав Зурек в інтерв’ю Quanta. Ймовірно, ми вже перебуваємо на шляху до узгодження фізики великих тіл із фізикою дуже маленьких – залишається лише чекати.