Как попасть на платформу 9 и 3/4 в реальном мире?
Можно ли без магии успеть на «Хогвартс-Экспресс»?
Кто не хотел бы иметь возможность проходить сквозь препятствия? В конце концов, приятно же осознавать, что больше никогда не придётся ждать у запертой двери.
Такая способность есть у электронов. Из-за своей собственной волновой природы электрон, направленный к барьеру, может оказаться по другую сторону него, не проходя через само это препятствие.
Это явление известно под названием «квантовое туннелирование».
Наше понимание квантовых явлений ограничено нашей классической концепцией мира. В отличие от объектов, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, квантовыми сущностями движут прихоти; они появляются в нескольких местах одновременно и могут соединяться на огромных расстояниях без прямого общения друг с другом. Они ведут себя как частицы, но в то же время обладают волнообразными свойствами. Ничего страшного, если квантовая физика кажется вам немного странной — она и правда резко расходится с «классическим» взглядом на реальность.
Классическая физика предполагает, что объект всегда имеет определённое значение положения и скорости, независимо от того, можно ли эти свойства измерить.
Однако в атомном или субатомном масштабе присутствует неотъемлемая неопределённость, поэтому точное измерение — и, следовательно, знание как положения объекта, так и его импульса (произведение массы и скорости) — исключено. Квантовая сущность имеет ряд возможных положений и скоростей. Пока объект не подвергается измерениям, он существует по принципу суперпозиции — то есть, везде и нигде одновременно.
Каждая частица имеет волновую природу и может быть описана связанной с ней волновой функцией. Она возникает из-за вкладов вероятностей наблюдаемых величин. Эти вероятности приливают и уходят, как волны — отсюда и название функции.
Предположим, Джинни вылепила из коробки домик, в котором её домашний карликовый пушистик будет радостно туда-сюда бегать. Здесь животное представляет собой квантовую сущность, а волновая функция, связанная с этим пушистиком, рассказывает нам о местах, в которых он любит проводить время больше всего. То есть, она выражает вероятность нахождения квантового питомца в определённом месте.
Хотя Джинни, скорее всего, найдет карликового пушистика в середине картонного домика (там, где волнистость наиболее сильна), иногда его можно найти и в дальних углах коробки. Однако, поскольку квантовая сущность является волной вероятностей, невозможно определить точное положение квантового питомца, так же как невозможно определить, где, например, волна на воде.
Вот что ещё больше сбивает с толку: есть вероятность, что, когда Джинни вернётся, чтобы проверить своего питомца, она вообще не найдёт его в его домике. Это может произойти, потому что даже если волновая функция, описывающая домашнее животное, постепенно затухает при столкновении со стенками (барьером) коробки, она не исчезает внезапно.
Вместо этого она выходит за пределы стенок, поэтому остается вероятность, хотя и небольшая, что частица может быть обнаружена за пределами барьера.
Квантовую сущность можно найти вне коробки просто потому, что ей это свойственно: жить без необходимости занимать позицию в каждой промежуточной точке.
Любой объект с массой и скоростью будет иметь импульс. Формула де Бройля связывает длину волны любого объекта с его импульсом таким образом, что длина волны уменьшается с увеличением количества движения объекта.
Поскольку связь «волна-частица» не ограничивается светом, существует длина волны для всего (даже для людей). Но есть ограничение на длину волны, при которой волновой аспект сущности становится значимым.
Это означает, что для того, чтобы природа волны была очевидной, размер объекта должен быть сопоставим с его длиной волны, или его волна должна взаимодействовать с другими объектами примерно того же размера, что и его собственная длина волны. Для объектов, значительно более крупных, чем их собственная длина волны де Бройля, волновые свойства не обнаруживаются. Однако для квантовых частиц, таких как электроны, которые существуют в виде нечётких облаков в атомах, их волновая природа — это то, что позволяет им туннелировать.
Итак, вы решили сделать что-то очень смелое и довольно глупое. Собрав всю свою смекалку, вы бросаетесь к кирпичной стене между платформами 9 и 10, полные решимости пройти на другую сторону.
Врезавшись в стену и убедив зрителей в том, что вы в корне нездоровы, вы очнулись через несколько мгновений и поняли, что всё ещё находитесь на той же стороне стены.
Чем массивнее объект, тем короче его длина волны де Бройля. Для повседневных объектов, движущихся с нормальной скоростью, эта длина волны настолько мала, что квантовое поведение незаметно. Вот почему, в отличие от Гарри и остального магического сообщества, обычные люди не смогут пройти через платформу 9 ¾.
