-
07.04.2025 09:32
К разговору на эту тему я готовилась очень долго и пришла к неутешительному выводу. Многие аспекты квантовой физики носят абстрактный характер и на человеческий язык не переводятся. Собственно, на этом можно было поставить точку в так и не начавшемся интервью, отказавшись от журналистской затеи. Но… как верно подметила моя героиня, если правильно спланировать работу и вдохновиться, всё начинает получаться.
Физик-экспериментатор Анна Патерова, что называется, проснулась знаменитой после встречи на форуме с президентом России. Сейчас Анна Владимировна, выигравшая мегагрант для молодых ученых и ведущая исследования мирового уровня в области квантовой сенсорики, работает в Южно-Уральском государственном университете.
Мы побеседовали о квантовом мире, полном парадоксов. Насколько реальна наша реальность? Так ли уж элементарна элементарная частица? А еще мы не обошли вниманием кота, который жив и мертв одномоментно в парадигме одного известного ученого, и коснулись теории струн, уже давно ставшей в современном научном сообществе (возможно, не слишком заслуженно) синонимом странноватости.
Справка
Анна Владимировна Патерова — PhD, старший научный сотрудник лаборатории «Квантовая инженерия света» ЮУрГУ. В 2014 году окончила физический факультет МГУ. С 2014 по 2018 год училась в аспирантуре в Наньянском государственном университете (Сингапур). После защиты диссертации на тему «Инфракрасная метрология с использованием видимого света» работала научным сотрудником в Институте исследований материалов и инженерии в Сингапуре. В 2024 году стала одним из двух лауреатов мегагранта для молодых ученых и переехала в Россию для продолжения своих исследований в области квантовой сенсорики.
— А какие результаты вы себе наметили?
— Я бы хотела реализовать свои разработки по квантовым сенсорам. Занимаюсь применением квантовой оптики в метрологии, а именно — в инфракрасной спектроскопии, инфракрасной визуализации. То есть я, так скажем, делаю микроскопию в инфракрасном диапазоне с использованием квантового света.
Область парадоксов
— Вы создаете инфракрасный микроскоп? Но ведь он уже создан, насколько я знаю…
— Да, но приложения могут быть различные. Классические инфракрасные микроскопы используют так называемые квантово-каскадные лазеры, очень мощные. Если исследовать какие-то биологические объекты, такие лазеры могут навредить биотканям. Преимущество нашего метода в том, что мы используем квантовый свет, который имеет очень маленькую мощность. То есть мы создаем визуализацию без вмешательства в биоткани.
— Один ученый, посвятивший свою жизнь квантовой физике, предлагает воспринимать ее следующим образом: не старайтесь понять — поверьте. Вы согласны с таким подходом?
— Есть некоторые аспекты, которые действительно нужно принять и не пытаться понять. Например, корпускулярно-волновой дуализм. Фотон может себя вести как волна и как частица. Просто нужно воспринимать это как постулат. Также как в математике. Есть аксиомы, которые формируют всю надстройку.
— В поисках объяснений свойств света было сломано немало научных копий. Квантовая физика предложила мудрое решение: свет является одновременно и частицей, и волной. И все же, если можно считать и так и этак, наверное, трудно договориться ученым, а уж тем более вывести какой-то закон...
— На мой взгляд, квантовая физика дала нам не просто компромиссное, а фундаментально новое понимание природы частиц и в том числе света. Свет — это ни частица и ни волна в привычном классическом смысле, а нечто большее, описываемое волновой функцией. В зависимости от условий эксперимента он может проявлять либо корпускулярные, либо волновые свойства.
По сути, вопрос, чем является свет, упирается в ограничения классической интуиции. Квантовая механика не предлагает выбора между «волной» и «частицей», а требует смотреть на свет (как, впрочем, и на всю материю) через призму вероятностных амплитуд и принципа суперпозиции.
Что касается согласия между учеными… то здесь работает эмпирический подход. Законы физики формулируются на основе экспериментов, а не субъективных предпочтений. Несмотря на парадоксальность, квантовая теория успешно объясняет огромное количество явлений — от фотоэффекта до современных технологий квантовой оптики. Да, интуитивно трудно принять дуальность света, однако научное сообщество давно нашло общий язык, пользуясь математическим аппаратом квантовой механики.
— Принято считать, что квантовая физика — область парадоксов. Вызов реальности она бросает? Достаточно вспомнить кота, который одновременно и жив, и мертв… Ну не умещаются же в голове выводы Шрёдингера!
— Я бы не сказала, что это вызов реальности. Мне кажется, это то, что уже понятно.
— Ученым?
— И ученым, и всем, если доступно объяснить. Пример с котом Шрёдингера — это мысленный эксперимент, который иллюстрирует принцип суперпозиции. Пока система (в данном случае кот) не измерена, она существует в нескольких состояниях одновременно — кот и жив, и мертв. Только в момент измерения происходит «схлопывание» (коллапс) волновой функции, и система «выбирает» одно из возможных состояний. Если не пытаться понять до конца, а просто принять определенные постулаты, то и парадоксов не будет.
Необъяснимые результаты
— Вряд ли ученых и журналистов это устроит. Они ведь пытаются во всем дойти до самой сути…
— При решении моей конкретной научной задачи не всегда необходимо докапываться до самой сути на фундаментальном уровне. Конечно, можно задаваться многими вопросами о том, как это работает на микроуровне, но в ряде случаев ответы пока недоступны или выходят за рамки нашей задачи. Квантовая физика объясняет те аспекты, которые раньше не были объяснимы классической физикой и которые как раз-таки давали необъяснимые результаты. Квантовая механика позволяет разрешать эти парадоксы и делать правильное предсказание какого-то эффекта. И это будет реальным решением проблемы, пусть даже это сложно понять и принять.
— Ну уж совсем сложно понять и принять квантовую спутанность… Вот где начинаются чудеса!
— Никаких чудес! На мой взгляд, с квантовой запутанностью тоже все логично. Если кратко, две (или больше) частицы в запутанном состоянии нельзя описать отдельными волновыми функциями. Вместо этого вся система описывается одной общей волновой функцией, которая связывает состояния частиц независимо от расстояния между ними.
— А к телепортации квантовая физика как относится?
— Она не исключает возможность телепортации. Но это не совсем та телепортация, которую мы привыкли видеть в фантастике. В реальности речь идет о квантовой телепортации — передаче квантового состояния частицы с одного места на другое с помощью запутанных частиц. В перспективе квантовая телепортация может найти применение в квантовых коммуникациях для передачи информации с абсолютной безопасностью.
Окончание следует.
Татьяна Строганова.
«Аргументы недели»
