Человек-муравей и квантовая физика⁠⁠

В фильме «Человек-муравей и Оса», показаны технологии, умеющие увеличивать и уменьшать вплоть до квантовых размеров дома, машины и даже людей. А также супергерои Человек-муравей и Оса, освоившие их для борьбы с преступностью. В отличие от других фильмов франшизы, где технологии подаются зрителю без объяснений, здесь авторы пытались подвести некую наукообразную базу под происходящее. Получилось так себе… Причем сценарист это, похоже, понимал, о чем свидетельствует хотя бы ироничная фраза главного героя: «А обязательно повторять слово «квантовый» через раз?»

Съешь меня и выпей меня
В кино: Герои запросто уменьшают автомобили и даже многоэтажки, а потом увеличивают обратно. Один из персонажей перевозит здание, словно чемодан на колесиках, а автомобили переносит в футляре. Более того — они уменьшают главного героя до размеров, меньших, чем атомное ядро!
В жизни: Вы ждали эти три заветных слова: «закон сохранения массы». Масса не может взяться ниоткуда и не может просто так исчезнуть. Потому масса уменьшенного здания будет той же, что у большого. Повозите-ка на колесиках «хрущевку»! Но из чего такой дом будет сделан? Если по высоте, ширине и длине здание уменьшится хотя бы в 20 раз, то его объем — в 8 000 раз. Во сколько же должна возрасти плотность его материалов? Бетон плотностью порядка 2 000 кг/м³ превратится в нечто чудовищное с плотностью в 16 млн килограммов на кубометр. Нейтронные звезды бы делать из такого бетона! Но ни один материал невозможно сжать в 20 раз. При огромных давлениях изменение объема материалов составляет едва ли пару процентов, далее уже идет разрушение кристаллической структуры.Даже если предположить, что лишняя масса удаляется в окружающую среду (благодаря какому процессу?), а при увеличении домика — набирается из воздуха, то получается лажа. Тогда при уменьшении здания вокруг него образуется облако из силикатов (вредны для вдыхания!), которое толстым слоем пыли покроет все вокруг. А при увеличении оно начнет высасывать необходимые материалы из воздуха мгновенно. Вокруг здания образуется вакуум, куда тут же устремится ураганный ветер. Что уж говорить об уменьшении Человека-муравья до размеров атомного ядра. Если принять диаметр ядра за одну квадриллионную (-15 степень), то плотность персонажа превысит 10^45 кг/м³. Это уже не нейтронная звезда, а вполне себе черная дыра.

Призрак
В кино: В ходе неудачного эксперимента по открытию «пути в квантовый мир» маленькая девочка получила редкую способность. Связь между молекулами ее тела может ослабевать, а девушка — проходить сквозь стены. Удобно, однако радости героине способность не доставляет.
В жизни: Человек, даже Человек-муравей, состоит на значительный процент из воды. Чтобы разорвать ковалентные связи в молекуле воды, необходимо в среднем затратить 900 кДж на моль. Один моль воды имеет массу в 18 г, тогда, чтобы порвать все связи в теле человека массой 70 кг (предположим для простоты, что он только из воды состоит), потребуется 3,5 млрд Дж энергии. Так как человек гораздо сложнее, чем 70 кг воды, то энергии нужно еще больше. Если девушка не носит с собой карманный ядерный реактор, как Железный Человек, то столько энергии ей просто неоткуда взять. Не говоря уже о том, что при диссоциации всех молекул и атомов в ее теле она просто не сможет жить.


Вечное сияние квантового разума
В кино: Мозги главного героя и женщины, попавшей в субатомный мир, квантово запутываются, благодаря чему они могут обмениваться мыслями и даже управлять сознанием друг друга. «Ваши мозги квантово запутались благодаря познеровским молекулам в ваших мозгах», — говорит главный физик.

В жизни: Эпизод отсылает к «квантовому сознанию», маргинальному направлению науки, согласно которому, так как наши мозги состоят из атомов (удивительный факт), то для них применимы различные эффекты из квантовой физики. Поначалу к «квантовому сознанию» относились серьезно, а Роджер Пенроуз даже написал книгу «Новый ум короля», неоднократно раскритикованную впоследствии.
В фильме с запутыванием сразу несколько проблем. Во-первых, для запутывания частиц используются сложные процедуры, какие явно невозможно проделать с двумя мозгами. Во-вторых, запутывание предполагает изменение состояния одной частицы при изменении состояния другой — о передаче мыслей здесь речи не идет. В-третьих, мозг — это не лаборатория со сверхнизкими температурами и высоким вакуумом, и даже возникнув, любые связанные состояния разрушатся практически мгновенно. И здесь возникают «молекулы Познера», последняя надежда «квантового сознания». «Молекула Познера» — это комплекс Ca9(PO4)6, часть гидроксоаппатита кальция.
В 2015 году Мэтью Фишер опубликовал в «Annals of Physics» статью «Quantum cognition: the possibility of processing with nuclear spins in the brain», в которой показывает, что два кластера Познера могут быть запутанными довольно долго и работать как «квантовые кубиты» в «квантовом мозгу». Однако на данный момент это всего лишь красивая гипотеза. Но отметим, что создатели фильма — на острие новых веяний в физике!

Найти иголку в субатомном мире
В кино: Чтобы определить местонахождение героини, попавшей в субатомный мир, ее муж строит огромную установку. И таки получает нужные сведения! Но только «на два часа, потом волны вероятности сместят координату, и следующий раз определить удастся через 100 лет».
В жизни: Принцип неопределенности Гейзенберга. Если героиня настолько мала, что на нее действуют квантовые эффекты, то определить координату ни на два часа, ни на сколько-нибудь, будет невозможно. Квантовый мир показан переливами разноцветных волн, однако сами герои выглядят как обычно, только в триллионы раз меньше. Однако на таких масштабах у них также должны проявиться волновые свойства. Правда, учитывая все вышеописанное, еще одно прегрешение против физики не выглядит таким уж чудовищным. Главное, что фильм получился интересным.

Автор: Олег Фея

Источник: https://zanauku.mipt.ru/2018/11/15/chelovek-muravej-i-kvanto...