Элементы квантовой механики

  Слово «квант» происходит от латинского quantum («сколько, как много») и английского quantum(«количество, порция, квант»). «Механикой» издавна принято называть науку о движении материи. Соответственно, термин «квантовая механика» означает науку о движении материи порциями . Термин «квант» ввел в обиход немецкий физик Макс Планк для описания взаимодействия света с атомами.

  Квантовая механика часто противоречит нашим  понятиям о здравом смысле. А всё  потому, что здравый смысл подсказывает нам вещи, которые берутся из повседневного  опыта, а в своем повседневном опыте нам приходится иметь дело только с крупными объектами и  явлениями макромира, а на атомарном  и субатомном уровне материальные частицы  ведут себя совсем иначе. Принцип неопределенности Гейзенберга как раз и очерчивает смысл этих различий. В макромире мы можем достоверно и однозначно определить местонахождение (пространственные координаты) любого объекта (например, этой книги). Не важно, используем ли мы линейку, радар, сонар, фотометрию или любой другой метод измерения, результаты замеров будут объективными и не зависящими от положения книги (конечно, при условии вашей аккуратности в процессе замера). То есть некоторая неопределенность и неточность возможны — но лишь в силу ограниченных возможностей измерительных приборов и погрешностей наблюдения. Чтобы получить более точные и достоверные результаты, нам достаточно взять более точный измерительный прибор и постараться воспользоваться им без ошибок.

  Теперь  если вместо координат книги нам  нужно измерить координаты микрочастицы, например электрона, то мы уже не можем  пренебречь взаимодействиями между  измерительным прибором и объектом измерения. Сила воздействия линейки  или другого измерительного прибора  на книгу пренебрежимо мала и не сказывается на результатах измерений, но чтобы измерить пространственные координаты электрона, нам нужно  запустить в его направлении  фотон, другой электрон или другую элементарную частицу сопоставимых с измеряемым электроном энергий и замерить ее отклонение. Но при этом сам электрон, являющийся объектом измерения, в результате взаимодействия с этой частицей изменит  свое положение в пространстве. Таким  образом, сам акт замера приводит к изменению положения измеряемого  объекта, и неточность измерения  обусловливается самим фактом проведения измерения, а не степенью точности используемого  измерительного прибора. Вот с какой  ситуацией мы вынуждены мириться в микромире. Измерение невозможно без взаимодействия, а взаимодействие — без воздействия на измеряемый объект и, как следствие, искажения результатов измерения.

  Соответственно, неопределенность возникает при  определении пространственных координат  не только электрона, но и любой субатомной частицы, да и не только координат, но и других свойств частиц — таких как скорость

  Из-за принципа неопределенности описание объектов квантового микромира носит иной характер, нежели привычное описание объектов ньютоновского макромира. Вместо пространственных координат и скорости, которыми мы привыкли описывать механическое движение, например шара по бильярдному столу, в квантовой механике объекты описываются так называемой волновой функцией. Гребень «волны» соответствует максимальной вероятности нахождения частицы в пространстве в момент измерения. Движение такой волны описывается уравнением Шрёдингера, которое и говорит нам о том, как изменяется со временем состояние квантовой системы. 

  Все современные космологические теории также опираются на квантовую  механику, которая описывает поведение  атомных и субатомных частиц. Квантовая физика принципиально отличается от классической, ньютоновой физики. Классическая физика занимается описанием поведения материальных объектов, в то время как квантовая физика сосредоточена только на математическом описании процессов наблюдения и измерения.  

  Вещественная  материальная реальность исчезает из поля ее зрения. Нобелевский лауреат  В. Гейзенберг говорит: «Оказалось, что  мы больше не способны отделить поведение  частицы от процесса наблюдения. В  результате нам приходится мириться с тем, что законы природы, которые квантовая механикаформулирует в математическом виде, имеют отношение не к поведению элементарных частиц как таковых, а только к нашему знанию об этих частицах». В квантовой механике наряду с объектом исследования и инструментами исследования элементом анализируемой картины становится наблюдатель. 

  Однако  применение квантовой механики для  описания Вселенной сопряжено с  серьезными трудностями. По определению, все наблюдатели являются частью Вселенной. В случае Вселенной мы лишены возможности представить  себе постороннего наблюдателя. В попытке  сформулировать версию квантовой механики, которая не нуждается в постороннем  наблюдателе, известный физик Дж. Уилер предложил модель, в соответствии с которой Вселенная постоянно расщепляется на бесконечное количество копий. Каждая параллельная Вселенная имеет своих наблюдателей, которые видят данный конкретный набор квантовых альтернатив, и все эти Вселенные реальны. 

  Теория относительности и квантовая механика сами по себе в применении к космологии приводят к нелепым и фантастическим моделям. Чтобы по-настоящему оценить всю шаткость надежд ученых когда-либо найти разгадку происхождения Вселенной, нужно знать, что они возлагают их главным образом на еще не созданную теорию единого поля (ТЕП), которая должна будет объединить в себе теорию относительности и квантовую механику. Они надеются, что эта теория опишет все силы, действующие во Вселенной, с помощью одного компактного математического выражения. При этом квантовая механика необходима - для объяснения поведения субатомных частиц.  
 
Первым шагом на пути к математической интеграции обеих является теория квантового поля. Эта теория пытается описать поведение электронов, объединяя квантовую механику и частную теорию относительности Эйнштейна. Такое объединение идей оказалось довольно успешным, но в то же время английский физик, лауреат Нобелевской премии П. Дирак, автор теории квантового поля, признался: «Похоже, что поставить эту теорию на солидную математическую основу практически невозможно». Вторым и гораздо более сложным шагом должна быть интеграция общей теории относительности и квантовой механики, но пока никто не имеет ни малейшего представления о том, как это сделать.  
Со времен Ньютона и Галилея физики ставят перед собой задачу дать математическое описание исследуемого явления. Это математическое описание должно быть подтверждено наблюдениями и затем проверено экспериментально. Мы уже убедились, что теории большого взрыва не отвечают этим требованиям. Одним из основных требований, предъявляемых к физическим теориям, являлась простота, но, как мы видим, теории большого взрыва не отвечают и этому критерию. С каждой новой формулировкой они принимают все более и более причудливые формы. Эти теории представляют собой как раз то, что так претило Ньютону и Галилею - досужие вымыслы, призванные заполнить зияющий пробел в наших знаниях. 
 
 
Таким образом, теории большого взрыва не могут претендовать на роль научного объяснения происхождения Вселенной. Однако в научно-популярных журналах, телевизионных передачах и в учебниках ученые сознательно пытаются создать впечатление, что им удалось объяснить происхождение Вселенной. Как говорится, не обманешь - не продашь. Трудно представить себе что