Как квантовая теория позволяет камню внезапно превратиться в птицу?

Может ли один предмет каким-то способом превратиться в другой?

Может, если у вас есть волшебная палочка. А вот квантовая теория не позволяет, например, камню, внезапно превратиться в птицу. Она также не позволяет происходить никаким другим причудливым преобразованиям.

Идея о превращении — миф, поддерживаемый людьми, неправильно понимающими квантовую теорию. В основе квантовой теории лежит концепция неопределенности частиц. Невозможно одновременно знать точное местоположение частицы и ее точный импульс. Более того, точное местоположение и точный импульс квантовой частицы даже не существуют одновременно.

Неопределенность в квантовой теории не является результатом ограничений измерений, а присуща самому квантовому объекту. Чем больше вы пытаетесь поймать отдельный электрон и тем самым заставить его занять более определенное положение, тем менее определенным становится его импульс. Эта неопределенность означает, что квантовые частицы могут оказаться в неожиданных местах. Чем неожиданнее пункт назначения, тем меньше вероятность, что он там окажется, но вероятность никогда не равна нулю.

Есть такая линия рассуждений: поскольку камень состоит из квантовых частиц (электронов, протонов и нейтронов) и поскольку квантовые частицы могут делать неожиданные вещи из-за принципа неопределенности, то камень может делать неожиданные вещи, например, внезапно превратиться в птицу.

Согласно этой цепочке рассуждений, вероятность того, что камень превратится в птицу, очень мала, так что этого почти никогда не происходит, но физически это возможно, и поэтому это произойдет, если подождать достаточно долго. Эта линия рассуждений неверна. Неправильно применять принцип неопределенности к крупномасштабным объектам.

Принцип неопределенности применим только к отдельным квантовым объектам и небольшим наборам квантовых объектов. Когда задействованы триллионы квантовых объектов, неопределенность полностью исчезает. Поведение триллиона атомов — это не просто поведение одного атома, умноженного на триллион. Причина этого в том, что атомы взаимодействуют друг с другом.

Даже самые маленькие объекты, видимые человеческому глазу, такие как песчинки, состоят из триллионов и триллионов атомов. Таким образом, у объектов размером с человека нет никакой неопределенности, и они никогда не будут делать ничего странного, сколько бы вы ни ждали. Квантовая теория фундаментально статистична.

Это означает, что для одной частицы всегда существует неопределенность, но для статистически значимого набора частиц система предсказуемо подчиняется уравнениям квантовой теории.

Квантовая неопределенность — это не волшебная палочка, позволяющий нарушить все остальные законы физики.

Законы сохранения — это фундаментальные универсальные законы физики, которые действуют везде и не могут быть нарушены. Сохранение массы/энергии утверждает, что материя/энергия не может быть создана или уничтожена, а только преобразована из одного состояния в другое.

Закон сохранения импульса утверждает, что полный импульс системы постоянен. Импульс нельзя создать или уничтожить. Если бы небольшой камешек вдруг превратился в большую птицу, это определенно нарушило бы закон сохранения массы/энергии, поскольку материя возникла бы из ничего. Если бы камень, лежащий неподвижно, внезапно поднялся бы в воздух без приложения внешней силы, это нарушило бы закон сохранения импульса, поскольку импульс был бы создан из ничего.

Законы сохранения физики и статистическая природа квантовой теории заставляют Вселенную двигаться очень предсказуемым образом, несмотря на неопределенность, присущую отдельным частицам. Камень никогда не превратится в птицу, сколько бы времени ни прошло.