Странности квантового мира. Внешний наблюдатель
В начале XIX века в научном сообществе всерьез встал вопрос о том, что же представляет собой свет: частицы или волны? Ньютон считал, что свет состоит из мельчайших частиц, «корпускул», что и позволяет объяснить его преломление. С другой стороны, теория Гука-Гюйгенса приводит к выводу, что свет проявляет волновые свойства. Ключевым экспериментом, призванным конкретизировать природу света, стал опыт с двумя щелями, поставленный Томасом Юнгом41. Скорее всего вы уже не раз читали или точно слышали о нем, а возможно помните этот эксперимент из школьного курса физики, поэтому я не буду его подробно расписывать.
Уже первые эксперименты с двумя щелями ставили ученых в тупик — когда пучок фотонов42, проходя через одну из двух открытых щелей, вёл себя, как волна, и рисовал на проекционном экране интерференционный узор. Если же одну щель закрывали, то фотоны вдруг проявляли свойства частиц, и никаких волн не наблюдалось. Такими же свойствами обладают и одиночные фотоны.
На этих свойствах фотонов строится теория корпускулярно-волнового дуализма, сформулированная Луи де Бройлем43 в 1924 году. Согласно этой теории, свет одновременно проявляет свойства и волны, и потока частиц.
Еще одна странность двухщелевого эксперимента — внешний наблюдатель меняет его результаты. Когда в первоначальном варианте эксперимента, при двух открытых щелях, наблюдатель пытался определить, через какую именно щель прошёл одиночный фотон, волновая функция квантовой частицы света схлопывалась, и фотон становился частицей.
Стоит добавить, что внешний наблюдатель мог наблюдать процесс прохождения фотона лично, или через какой-либо прибор — это не влияло на схлопывание волновой функции. Т.е. важен сам факт наблюдения.
«Кажется, мир старается держать все свои вероятности, все возможности открытыми как можно дольше. Самое странное в стандартной Копенгагенской интерпретации квантового мира заключается в том, что именно наблюдение за системой заставляет ее сделать выбор в пользу одного из вариантов, который и воплощается в жизнь».
(с) Джон Гриббин, «В поисках кота Шредингера».
Спустя 210 лет после Юнга, в 2013 году, группа ученых из США под руководством профессора Германа Бателаана44 из Университета Небраски в Линкольне построила для эксперимента установку с наноотверстиями и одним существенным дополнением — крохотная заслонка с электроприводом могла перекрывать то или иное отверстие, через которые проходили электроны. В первой части эксперимента Бателаана, электроны вели себя так же, как и в прошлых экспериментах его коллег — через одно из двух открытых отверстий электрон проходил волной, через одно открытое — частицей, словно электрон «знал» заранее, сколько отверстий открыто. Но вторая часть эксперимента Бателаана, в ходе которого электрон проходил через одно из двух открытых отверстий, после чего одно из отверстий моментально закрывалось, поистине шокировало весь научный мир: электрон словно «знал», что экспериментаторы собрались закрыть одно из отверстий, и проявлял свойства частицы. Но откуда у электрона эти «знания»? Почему волновая функция схлопнулась ДО проведения измерения?
Конец ознакомительного фрагмента.
