макроскопические системы стали объектом исследования науки с самого ее зарождения. Более трехсот лет назад Исаак Ньютон сформулировал основные законы механики и теории гравитации, во второй половине XIX века Джеймс Кларк Максвелл открыл и сформулировал теорию электромагнитного поля, а в начале XX века Альберт Эйнштейн завершил специальной и общей теорией относительности великолепное здание классической физики. Тогда же, в начале XX века, выяснилось, что область применимости классической физики ограничена макроскопическими системами, большими массами материи, а для описания микрокосма, микромира (то есть мира атомов и более мелких частиц) требуется иной подход, отличный от классической физики. Так зародилась квантовая физика, в заложение основ которой решающий вклад внес тот же Эйнштейн. Но прежде чем перейти к обсуждению квантовой физики, мы вкратце опишем характер физики классической.
Важнейшей чертой классической физики является ее детерминизм. Это означает, что законы макромира однозначно определяют все будущие изменения физической системы. Кроме того, есть возможность восстановить ее прошлое, при условии, что мы знаем все о системе на некоторый момент времени в настоящем или прошлом. Эти законы выражены в уравнениях классической физики. Различные решения этих уравнений выражают различные движения (с различными начальными условиями) различных физических (макроскопических) тел. Еще одно понятие, относящееся к детерминистскому миру, – это причинность, что означает, что одна и та же причина всегда вызывает одни и те же следствия. Законы природы связывают между собой причину и следствие. Так, например, если бросить камень, это приведет к его падению. Закон природы, связывающий бросание камня с его падением, называется законом тяготения: всякое тело, брошенное вверх, сила гравитации притягивает к земле. Следует отметить, что не раз мыслители прошлого и настоящего приписывали черты законов природы всему, что есть в мире, и утверждали, что мир детерминистичен – все установлено изначально, и что в нашем мире властвует всеобъемлющая причинность – у всего есть причина, и одна и та же причина ведет к одним и тем же следствиям. Однако не стоит забывать, что законы физики – это лишь отражение законов природы – истинных ее законов, управляющих миром; и это отражение остается верным, как правило, лишь приблизительно.
Как уже было сказано, классическая физика не отражает всей истины, она лишь близка к истине. Когда речь заходит о частицах, из которых состоят все материальные тела, эти частицы «подчиняются» квантовым законам, самой заметной чертой которых является как раз отсутствие детерминированности. Это означает, что квантовые законы не определяют однозначно, что будет происходить с квантовой системой в будущем, даже если мы обладаем исчерпывающей информацией о ее состоянии в определенный момент времени. Квантовая теория дает только шансы, вероятности того, что с квантовой системой произойдут те или иные возможные события. Например, если атом
