Квантовая физика, время, сознание, реальность - [2]

Давайте мысленно проведём три опыта: первый, когда открыта первая щель, а вторая закрыта, второй — когда открыта вторая щель, а первая закрыта. И, наконец, третий опыт, когда обе щели открыты.

Результат нашего "эксперимента" показан на этом же рисунке, на графике. Вероятность в нём отложена вправо, а координата — это и есть положение точки X. Синяя кривая показывает распределение вероятности P1 попавших в детектор пуль при открытой первой щели, зелёная кривая — вероятность попадания в детектор пуль при открытой второй щели, и красная кривая — вероятность попадания в детектор пуль при обеих открытых щелях. Сравнив величины P1, P2 и P12, мы можем сделать вывод, что вероятности просто складываются,

P1 + P2 = P12.

Итак, для пуль действие двух щелей складывается из действия каждой щели в отдельности.

Представим себе такой же опыт с электронами, схема которого показана на рис. 2.

регистрирует прохождение электрона сквозь неё (рис. 3).

Результаты измерений для электронов в случае, когда одна из щелей закрыта, выглядят вполне разумно, и весьма походят на наш опыт с пулемётной стрельбой (синяя и зелёная кривая на рисунке). А вот для случая, когда обе щели открыты, мы получаем совершенно неожиданную кривую P12, показанную красным цветом. Она явным образом не совпадает с суммой P1 и P2! Получившуюся картину называют интерференционной картиной от двух щелей.

Давайте попробуем разобраться, в чём тут дело. Если мы исходим из гипотезы, что электрон проходит либо через щель 1, либо через щель 2, то в случае двух открытых щелей мы должны получить сумму эффектов от одной и другой щели, как это имело место в опыте с пулемётной стрельбой. Вероятности независимых событий складываются, и в этом случае мы бы получили P1 + P2 = P12.

Может, мы не учли какой-нибудь существенный эффект, и суперпозиция состояний здесь совсем ни при чём? Может быть, у нас очень мощный поток электронов, и разные электроны, проходя через разные щели, как-то искажают движение друг друга? Для проверки этой гипотезы надо модернизировать электронную пушку так, что электроны вылетали из неё достаточно редко. Скажем, не чаще, чем раз в полчаса. За это время каждый электрон уж точно пролетит всё расстояние от пушки до детектора и будет зарегистрирован! Так что никакого взаимного влияния летящих электронов друг на друга уж точно не будет!

Сказано — сделано. Мы модернизировали электронную пушку и полгода провели возле установки, проводя эксперимент и набирая необходимую статистику. Каков же результат? Он ничуть не изменился.

Но, может быть, электроны каким-то образом блуждают от отверстия к отверстию и только потом достигают детектора? Это объяснение также не проходит: на кривой P12 при двух открытых щелях есть точки, в которые попадает значительно меньше электронов, чем при любой из открытых щелей. И наоборот, есть точки, количество электронов в которых более чем вдвое превышает сумму электронов, прошедших из каждой щели по отдельности.

Стало быть, утверждение о том, что электроны проходят либо сквозь щель 1, либо сквозь щель 2, неверно. Они проходят через обе щели одновременно. И очень простой математический аппарат, описывающий такой процесс, даёт абсолютно точное согласие с экспериментом, с тем, что показано красной линией на графике.

Чем же отличаются пули от электронов? С точки зрения квантовой механики, ничем. Только, как показывают расчёты, интерференционная картина от рассеяния пуль характеризуется столь узкими максимумами и минимумами, что никакой детектор их зарегистрировать не в состоянии. Расстояния между этими минимумами и максимами неизмеримо меньше размеров самой пули. Так что детекторы будут давать усреднённую картину, показанную красной кривой на рис. 1.

Давайте теперь видоизменим наш опыт так, чтобы можно было "проследить" за электроном, проследить, через какую щель он проходит. Поставим возле одной из щелей детектор, который регистрирует прохождение электрона сквозь неё (рис. 3).

Как вы думаете, какую картину мы увидим? (мнения зала разделились: большая часть аудитории считает, что результат опыта не изменится, но несколько человек считают, что вероятности сложатся, и результат будет таким же, как в опыте с пулемётной стрельбой).