Реальность без завесы - стр. 5

Первая научная революция началась в XVI веке и дала миру таких прославленных ученых, как Коперник, Галилей и Ньютон. Эту эпоху принято называть «классической физикой», и с ее точки зрения внешняя реальность прочна, устойчива и, подобно машине, предсказуема в своем поведении.

Эту науку преподают в школах, и она точно описывает физический мир, видимый невооруженным глазом; именно поэтому большинство людей думает, что это единственная наука, заслуживающая доверия. Но когда мы переходим к исследованию субатомного мира, все правила классической физики начинают полностью нарушаться.

Короче говоря, то, что с точки зрения наших стандартных научных представлений невозможно, внезапно начинает происходить с удивительной регулярностью. И именно поэтому физики XX века, такие как Нильс Бор и Альберт Эйнштейн (и многие другие – Эрвин Шрёдингер, Макс Планк, Дэвид Бом; список можно продолжать), были поражены тем, что они обнаружили, когда начали изучать крошечный мир субатомных частиц.

Одним из самых изумительных стало открытие так называемого «дуализма» в природе частиц. С точки зрения классической физики частицы (такие как электроны или фотоны света) представляют собой твердые сплошные объекты, которые ведут себя подобно маленьким шарикам. Но когда с целью изучения их поведения квантовые физики провели знаменитый эксперимент на двух щелях [2], они были совершенно сбиты с толку результатами.

Если вкратце, в ходе эксперимента ученые направляли электроны один за другим в экран с двумя прорезями и смотрели, какие фигуры появляются позади экрана. На основе классической физики следовало бы ожидать, что электроны (предположительно твердые тела), проходя сквозь одну из щелей, будут создавать две вертикальные полосы, как показано на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2. Ожидаемый результат эксперимента с двойной щелью

Но, как ни странно, произошло нечто иное. Вместо двух вертикальных полос частицы образовали интерференционную фигуру, изображенную на рисунке 1.3.

С точки зрения классической физики такая интерференционная фигура может появиться только в том случае, если направлять в экран не частицы, а волны, как видно на рисунке 1.4. Когда пик одной волны накладывается на пик другой, они усиливают друг друга, а при совмещении фаз спада – ослабляют.

Рисунок 1.3. Фактический результат эксперимента с двойной щелью

Рисунок 1.4. Фигура волновой интерференции

Но как обособленный электрон может создать интерференционную фигуру, которая формируется исключительно волнами?

Как показал сложный математический анализ, для этого один и тот же электрон должен не просто одновременно пройти через обе щели, но в то же время и через правую, и через левую щели по отдельности, и ни через одну из них. Очевидно, это не имеет никакого смысла – поэтому ученые и были так ошарашены результатами эксперимента.

Чтобы разгадать тайну явления, невозможного с точки зрения математики и физики, исследователи задействовали измерительный прибор, позволяющий определить, через какую из щелей проходит каждая отдельно взятая частица. На рисунке 1.5 показаны ошеломительные результаты измерений.

Рисунок 1.5. Результат эксперимента с двойной щелью при включении измерительного прибора

Но когда за электронами наблюдали при помощи прибора, они снова начали вести себя как твердые частицы, а не как волны! Невозможно поверить в то, что электроны понимали, что за ними наблюдают, и осознанно стали делать то, чего от них можно было бы ожидать в тот момент. Однако именно на это указывают результаты эксперимента.