Полная, странная история квантового мира слишком велика для одной статьи, но период с 1905 года, когда Эйнштейн впервые опубликовал свое решение фотоэлектрической загадки, до 1960-х годов, когда была создана полная, хорошо проверенная, строгая и наконец появилась безумно сложная квантовая теория субатомного мира, это целая история.
Эта квантовая теория по-своему обеспечит полный и тотальный пересмотр нашего понимания света. В квантовой картине субатомного мира то, что мы называем электромагнитной силой, на самом деле является продуктом бесчисленных микроскопических взаимодействий, работой неделимых фотонов, взаимодействующих таинственным образом. Как в, буквально загадочный. Квантовая теория не дает представления о том, как на самом деле происходят субатомные взаимодействия. Скорее, он просто дает нам набор математических инструментов для расчета прогнозов. И поэтому, хотя мы можем ответить на вопрос о том, как на самом деле работают фотоны, лишь смиренно пожав плечами, мы, по крайней мере, обладаем некоторой предсказательной силой, которая помогает облегчить боль квантовой непостижимости.
Заниматься физикой, то есть использовать математические модели для предсказаний, которые можно проверить с помощью экспериментов, в квантовой механике довольно сложно. И это из-за того простого факта, что квантовые правила не являются обычными правилами и что в субатомном мире все ставки сделаны.
Взаимодействия и процессы на субатомном уровне не подчиняются предсказуемости и надежности макроскопических процессов. В макроскопическом мире все имеет смысл (во многом потому, что мы эволюционировали, чтобы понимать мир, в котором живем). Я могу бросить мяч ребенку достаточное количество раз, чтобы его мозг быстро уловил надежную закономерность: мяч покидает мою руку, мяч следует по дугообразной траектории, мяч движется вперед и в конце концов падает на землю. Конечно, существуют вариации, зависящие от скорости, угла и ветра, но основная суть подбрасываемого мяча каждый раз одна и та же.
Иначе обстоит дело в квантовом мире, где идеальное предсказание невозможно и отсутствуют надежные утверждения. На субатомных масштабах правят вероятности – невозможно точно сказать, что будет делать та или иная частица в любой данный момент. И это отсутствие предсказуемости и надежности сначала обеспокоило, а затем вызвало отвращение у Эйнштейна, который в конечном итоге оставил квантовый мир позади, лишь с сожалением покачав головой по поводу ошибочной работы своих коллег. И поэтому он продолжил свои труды, пытаясь найти единый подход к соединению двух известных сил природы, электромагнетизма и гравитации, с явно не квантовой структурой.
Когда в 1930-х годах впервые были предложены две новые силы для объяснения глубинной работы атомных ядер – сильное и слабое ядерные взаимодействия соответственно – это не остановило Эйнштейна. Как только электромагнетизм и гравитация будут успешно объединены, не потребуется много дополнительных усилий для работы с новыми силами природы. Между тем, его квантово-ориентированные современники с энтузиазмом восприняли новые силы, в конечном итоге включив их в квантовое мировоззрение и структуру.
К концу жизни Эйнштейна квантовая механика могла описать три силы природы, в то время как гравитация стояла особняком, а его общая теория относительности стала памятником его интеллекту и творчеству.
