В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность

И что же дальше? Разве это не корпускулярно-волновой дуализм, к которому мы уже привыкли? Суть в том, что мы привыкли к нему, чтобы готовить по квантовым рецептам, но не рассмотрели с должной степенью погружения все его следствия. Настало время для этого. Функция Шрёдингера ψ, переменная в его волновом уравнении, каким-то образом связана с электроном (или с той частицей, которую описывает уравнение). Если ψ – это волна, то неудивительно, что она дифрагирует и создает интерференционную картину, и несложно продемонстрировать, что ψ ведет себя как амплитуда волны, а ψ² – как ее интенсивность. Дифракционная картина эксперимента с двумя прорезями для электрона – это картина ψ

². Если в пучке много электронов, объяснение простое: ψ²

– это вероятность того, что электрон будет обнаружен в каком-то конкретном месте. В две прорези устремляются тысячи электронов, и их итоговое местоположение можно предсказать на статистической основе, используя такое толкование волны ψ – великий вклад Борна в квантовую кулинарию. Но что происходит с каждым электроном в отдельности?

Рис. 8.5.

Чтобы установить вероятность появления электрона в точке Айв точке В, нужно использовать правила поведения волн. Хотя, когда мы наблюдаем за точкой А или В, мы либо видим электрон (частицу), либо нет. Мы не наблюдаем волну. Мы не можем сказать, что электрон «на самом деле» делает во время прохождения через установку.

Мы легко можем понять, что волна, например волна воды, может пройти через обе прорези в экране. Волна – это распространяющееся явление. Однако электрон все еще кажется частицей, даже если мы связали с ним волновые свойства. Естественно считать, что каждый уникальный электрон должен пройти либо через одну прорезь, либо через другую. Мы можем попробовать экспериментально установить результат при закрытии поочередно каждой из прорезей. Делая это, мы получаем на экране обычную картину для случая с одной прорезью. Однако, когда мы открываем сразу обе прорези, мы не получаем картину, являющуюся суммой этих двух картин, как было бы в случае с летящими пулями. Вместо этого мы видим картину интерференции волн. И мы все еще получим эту картину, если замедлим электронную пушку настолько, что через всю систему за один раз будет проходить лишь один электрон. Мы думаем, что один электрон проходит лишь через одну из прорезей и затем попадает на детектор. Затем проходит другой электрон – и так далее. Если терпеливо подождать, пока пройдет достаточное число электронов, то на экране детектора отобразится дифракционная картина для волн. На самом деле в случае с электроном или фотоном, если провести тысячу одинаковых экспериментов в тысяче разных лабораторий и в каждом эксперименте позволить пройти через систему лишь одной частице, а затем сложить тысячу различных результатов, все равно получится картина, соответствующая дифракции, как если бы мы пропустили через систему тысячу электронов в одном эксперименте. Одиночный электрон или фотон на пути к прорези в стене подчиняется статистическим законам, которые работают лишь в том случае, если он «знает», открыта или нет вторая прорезь. Это главная тайна квантового мира.