This thought experiment will help you understand quantum mechanics - Matteo Fadel

Редактор: Natalia Savvidi

After a long day working on the local particle accelerator,

После долгого рабочего дня на местном ускорителе элементарных частиц

you and your friends head to the arcade to unwind.

вы со своими друзьями идёте в зал игровых автоматов, чтобы отдохнуть.

The lights go out for a second, and when they come back,

Свет гаснет на секунду, а когда он загорается снова,

there before you gleams a foosball table nobody remembers seeing before.

перед вами светится настольный футбол, который никто не видел раньше.

Always game, you insert your coins.

Как обычно при играх, вы закидываете свои монеты.

And with a fanfare, Quantum Foosball begins.

И под фанфары начинается квантовый настольный футбол.

Here are the rules: as with normal foosball,

Вот правила: как и в обычном настольном футболе,

the object is to score points

цель — набирать очки,

by spinning levers with tiny players to sink the ball in your opponent’s goal.

крутя рычаги с крошечными игроками, чтобы мяч попадал в ворота противника.

Only instead of a standard ball, you’ll be playing with a giant electron.

Только вместо стандартного мяча вы будете играть с гигантским электроном.

It behaves like a normal electron in all respects, it’s just much larger.

Он ведёт себя во всех отношениях как обычный электрон,

просто он намного больше.

Though the rules are simple, gameplay is anything but.

Правила простые, чего не скажешь об игровом процессе.

Вместо привычных законов ньютоновской физики

Instead of the familiar laws of Newtonian physics,

the movement of the ball is governed by quantum mechanics.

движение мяча управляется законами квантовой механики.

To minimize the influence from photons and air molecules,

Чтобы минимизировать влияние от фотонов и молекул воздуха,

you’ll be playing in a vacuum. In the dark.

вы будете играть в вакууме, в темноте.

But that’s ok, because you can watch for the flashes of light

Но это ничего, потому что вы сможете наблюдать за вспышками света,

given off by collisions between figures and the ball.

испускаемого при столкновениях фигур с мячом.

The goals themselves will flash when the electron

Сами ворота будут мигать,

когда электрон будет попадать в их детектор элементарных частиц.

hits their particle detectors.

Now you just have to figure out how to get the electron to go where you want.

Теперь вам просто нужно понять,

как заставить электрон лететь туда, куда вы хотите.

As soon as it enters play, the electron will never rest.

Как только электрон входит в игру, он никогда не останавливается.

This is a direct consequence of the Heisenberg Uncertainty Principle,

Это прямое следствие принципа неопределенности Гейзенберга,

which says that the better you know where a quantum particle is,

утверждающего, что чем точнее вы знаете местоположение квантовой частицы,

the less you know about its velocity, and vice versa.

тем меньше вы знаете о её скорости, и наоборот.

Since you know it’s on the field, its velocity is largely uncertain.

Поскольку вы знаете, что эта частица находится на поле,

её скорость в значительной степени неопределённа.

The electron will behave more like a wave than a particle,

Электрон будет вести себя скорее как волна, чем частица,

with its position described by probability distributions that you’ll have to imagine.

положение которой описывается распределением вероятностей,

которое вы должны себе представить.

These distributions are spread throughout the entire field,

Эти распределение простирается по всему полю,

making it possible to observe a goal at any time and in either side.

позволяя наблюдать гол в любое время и на любой стороне.

The way to win is to control and concentrate the distribution

Победить можно, если контролировать и концентрировать распределение

over the opposite goal,

над противоположными воротами,

giving yourself the highest likelihood of scoring points.

что позволит вам иметь наибольшую вероятность начисления очков.

Your skill as a player will be determined by your ability to predict

Ваше мастерство как игрока

будет определяться вашей способностью предсказывать,

where the electron is most likely to be,

где окажется электрон с большей вероятностью,

then manipulate the probability distribution by spinning the rods

а затем манипулированием распределением вероятности

путём вращения стержней с приложением нужного количества силы.

with just the right amount of strength.

Quantum particles only receive energy in precise amounts, called quanta.

Квантовые частицы получают энергию

только определёнными порциями, называемыми квантами.

So spin too hard or too soft,

Так что если вы покрутите слишком сильно или слишком мало,

and the electron will stay on its previous course.

электрон останется на прежней траектории.

The game board has been carefully constructed to contain the electron,

Игровая доска тщательно сконструирована так,

чтобы электрон оставался на ней, но, несмотря на это,

but even so, sometimes it’ll quantum tunnel through the walls

иногда он будет туннелировать квантовым образом сквозь стены

without any apparent reason.

без особой причины.

At that point it could be anywhere in the universe,

В такой момент он может находиться в любом месте Вселенной,

so to save you the trouble of tracking it down,

поэтому, чтобы вам не пришлось отслеживать его,

the game will spit out a new ball.

игра выведет новый мяч.

The fact that quantum particles behave like waves

Тот факт, что квантовые частицы ведут себя как волны,

becomes particularly evident in the presence of obstacles.

становится особенно заметным при наличии препятствий.

As the particle travels through the rows of miniature figures,

Когда частица проходит через ряды миниатюрных фигурок,

complicated interference patterns will develop in the probability distribution,

сложные интерференционные картины

будут возникать в распределении вероятностей,

making it even more difficult to accurately predict its position.

из-за чего станет ещё сложнее точно предсказывать её положение.

And here’s where your advanced physics degree can finally come in handy:

Вот где может наконец-то пригодиться ваш диплом по физике:

you can use the laws of quantum mechanics to your advantage.

вы сможете использовать законы квантовой механики в свою пользу.

The only moments when the electron will behave as a particle,

Электрон будет вести себя скорее как частица, а не волна,

rather than a wave, are when it hits something.

только тогда, когда он будет ударяться обо что-то.

With frequent enough kicks,

При достаточно частых ударах

the particle would have no time to evolve like a wave and, therefore,

частица не будет успевать вести себя как волна

и поэтому не будет распространяться по пространству.

not spread out in space.

So if you can pass it very quickly between two of your miniatures,

Поэтому, если вы сможете проводить её очень быстро между двумя фигурками,

you can keep it localized.

вы сможете держать её локализованной.

Masters of the game call this the Quantum Zeno Maneuver.

Мастера этой игры называют это квантовым манёвром Зенона.

Now, if you really want to dominate your opponents,

Если вы очень хотите доминировать над противниками,

there’s one more thing you can try, but it’s pretty tricky.

есть ещё один приём, который вы можете попробовать,

но он непрост.

One of the distinctive features of the quantum world

Одним из отличительных свойств квантового мира

is the possibility of state superpositions,

является возможность суперпозиции состояний,

where particles’ positions or velocities

когда положения или скорости частиц

can be simultaneously in two or more different states.

могут соответствовать одновременно двум или более состояниям.

If you can put the electron into a superposition

Если вы сможете поместить электрон в состояние суперпозиции,

of being simultaneously kicked and not kicked,

когда одновременно по нему был сделан и не был сделан удар,

it’ll be almost impossible for your opponents to figure out

противнику будет почти невозможно понять,

where and how to strike.

где и как ударить.

It’s said that Erwin Schrödinger,

Говорят, что Эрвин Шрёдингер,

чемпион по квантовому настольному футболу,

the greatest Quantum Foosball champion of all time,

is the only player to have mastered this technique.

был единственным игроком, овладевшим этой техникой.

But maybe you can be the second:

Но вы можете оказаться вторым:

Just figure out a way to simultaneously turn and not turn your rods.

просто найдите способ

одновременно поворачивать и не поворачивать свои стержни.