У 2022 році три фізики отримали Нобелівську премію за роботу над "моторошною" квантовою заплутаністю. Деякі шукачі квантів тепер умоглядно уявляють собі вечірку в субатомному світі. Там вони сподіваються на власні очі побачити дивні квантові ефекти, які давно розбурхують їхню уяву.
Але який вигляд матиме і відчуватиметься субатомний світ, і як туди потрапити?
Квантове царство
Хороша новина полягає в тому, що квантовий світ не такий вже й далекий. Ми живемо в ньому. Теорія квантової механіки описує весь Всесвіт, включно зі звичною нам повсякденністю. Однак на макроскопічному рівні дивні квантові ефекти відносно слабкі і важко сприймаються.
Щоб відчути квантові дивацтва, людині довелося б зменшитися до розмірів атома, каже Джим Какаліос, професор фізики з Університету Міннесоти.
Проблема в тому, що всі атоми приблизно однакового розміру і не можуть самі зменшуватися. Людина складається приблизно із семи октильйонів атомів, і всі вони мають втиснутися в простір розміром в один квант.
Така зменшена людина була б неймовірно щільною.
"Людям довелося б придумати спосіб перетворити фундаментальні константи Всесвіту, щоб змінити розмір своїх атомів. Цього зробити неможливо", - пояснює Какаліос.
Але що якщо вам усе-таки вдасться обійти закони фізики і зменшитися до розмірів атома?
"Коли ви зменшитеся до таких розмірів, ваша взаємодія з навколишнім світом сильно відрізнятиметься від того, що ви зазвичай бачите", - каже вчений.
"Наші очі могли б уловлювати окремі фотони... Усе буде якоюсь мінливістю і дивиною, а не безперервним потоком. Поодинокі фотони світла били б по очах, як дощ по бляшаному даху. Як ви зможете це обробити, сказати дуже важко".
Два людські очі можна порівняти з експериментами Томаса Янга з подвійною щілиною, проведеними на початку 1800-х років, які відомі тим, що привели нас до квантової механіки.
В експериментах, до яких повернулися у 20 столітті, вчені намагалися визначити, чи є світло хвилею, чи потоком частинок. Вони виявили, що насправді випромінювання діє і як хвиля, і як потік частинок. В одній із версій експерименту через щілини надсилали по одному фотону, а на фотопластинці за бар'єром із часом формувалася хвильова картинка.
Якщо світло потрапляє в наші очі, фотон за фотоном, то "я припускаю, що ви побачите дивну нечіткість, і вам доведеться деякий час дивитися на щось, перш ніж відновити стандартну картину, навіть тоді стандартна картина буде інтерференційною", - припускає Какаліос.
Заплутаність, яка виникає, коли ви зводите разом дві однакові частинки, а потім обережно їх розділяєте, легше спостерігається в межах квантової області.
"Дві частинки будуть описуватися однією хвильовою функцією, навіть якщо ви розділите їх на велику відстань. І якщо ви щось зробите з однією часткою, ефект буде "миттєво" відчуватися іншою часткою, тому що вони, як і раніше, описуються однією єдиною хвильовою функцією".
Однак Какаліос каже, що ця ідея непрактична, навіть з урахуванням технологій майбутнього.
Мікросвіт
Ми не можемо зменшити себе у квантовому царстві, але у Спіроса Міхалакіса, фізика з Каліфорнійського технологічного інституту, є ідея.
Як щодо того, щоб перенести квантове царство в наш масштаб?
"Ми живемо в цьому світі, і ми хочемо подорожувати в часі в цьому світі, а не в мікросвіті. Ми хочемо телепортуватися в цьому світі. Ми хочемо мати надздібності на Землі. Наука каже, що все це можливо", - фантазує Михалакіс.
Квантова сфера, на його думку, це свого роду "вихідний код реальності", який можна зламати. І "квантова фізика каже, що можемо зробити все, що тільки уявимо, якщо знаємо, як з'єднати все разом. Якщо у вас є інгредієнти і рецепт, ви зробите все, що захочете".
Міхалакіс уявляє собі квантово-інженерне майбутнє з надздібностями, квантовим інтернетом, станами матерії, що створюють маленькі блоки Lego реальності, і багатьом іншим. Усе це відбувається в макрокосмі квантової сфери.
"Ми хочемо створити макроскопічну версію квантової сфери", - сподівається Міхалакіс.
Але, за словами Хідео Мабучі, професора прикладної фізики зі Стенфорда, "вбудована особливість квантової механіки полягає в тому, що всі справді дивні речі відбуваються тільки під капотом - ви ніколи не зможете взаємодіяти з нею безпосередньо.
Навіть якби ви могли уявити, що зменшили себе до розмірів атома, ви б ніколи не змогли буквально побачити або відчути частку, яка перебуває в суперпозиції двох різних положень [...] який би це мав вигляд або відчувалося? Це не те, що ми повинні відчувати".
Мабучі скептично ставиться до ідеї макроскопічної технології в натуральну величину. Він думає, що вона не буде коли-небудь поводитися квантово-механічним чином.
"Вам доведеться ідеально ізолювати великі речі від будь-якого втручання навколишнього середовища протягом тривалого часу", - пояснює Мабучі.
Водночас за допомогою віртуальної реальності ми могли б отримати версію передової мікроскопії.
"Ви могли б використати це наукове обладнання і влаштувати вечірку на Геловін в атомному світі, принаймні, за дорученням. Це те, що одного разу може стати реальністю", - фантазує Мабучі.
Але технологія віртуальної реальності ще не створена. При цьому нічна прогулянка лісом віддалено нагадує квантовий світ.
"Ви коли-небудь були в лісі безмісячної ночі й гуляли ним?" - запитує Лукас Вагнер, професор фізики з Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн.
"Ваші очі ніби адаптуються, і ви можете бачити предмети, але вони просто дуже, дуже темні. Краї предметів починають розпливатися, і здається, що вони трохи рухаються", - каже він.
"Я думаю, все буде приблизно так".
