Квантовая механика и парадоксы сознания - Александр Петрович Никонов
На этот хитрый вопрос ответ нашелся быстро: да никак не узнал! Электронное облако ведь пролетает через две щели одновременно! И поскольку на часть этого облака возле одной щели воздействовали детектирующие фотоны, они и схлопывали волновую функцию, превращая волну в частицу, которая с вероятностью 1/2 проявляла себя или пролетом через правую щель (регистрируем пролет) или пролетом через левую щель (не регистрируем пролет на этой щели). Вот и все!
Глава 3
Неопределенность как принцип
Забегая вперед, хочу сказать, что раз уж речь зашла о корпускулярно-волновом дуализме… Мы привыкли, что квантовые явления при всей их парадоксальности и волнующей таинственности, а также полной непредставимости для человеческого сознания, все-таки нас с вами не касаются. Все эти мутные дела происходят где-то там, в микромире, куда пальцем не долезешь. А нам тут бояться нечего! Электроны, фотоны, протоны – это мельчайшие неделимые частицы вещества, а мы, приличные люди, начинаемся где-то на уровне молекул. Как минимум!
Ну, что ж, атомы и молекулы по сравнению с тем же электроном и вправду настоящие гиганты! Самый маленький атом – атом водорода. Я не буду писать, во сколько раз объем атома больше объема электрона, поскольку гигантские цифры не воспринимаются мозгом. Мозгом воспринимается картинка. И я ее сейчас вербально нарисую: если электрон увеличить до размеров макового зерна (ядро атома при этом вырастет до 4 мм), сам атом увеличится до 400 метров в диаметре! Именно таким будет диаметр электронной орбиты. Можете сами теперь подсчитать объем шара диаметром в 400 м и объем макового зерна, после чего поделить первое на второе. Вот во сколько раз атом больше электрона.
И это самый маленький атом. А если взять атом побольше, например углерод, да сложить 60 атомов углерода, чтобы получить молекулу фуллерена, напоминающую футбольный мяч из атомов, то можно представить себе объем этого сооружения, совершенно гигантского в сравнении с точечкой электрона!
Молекулярный мяч – это уже точно самое настоящее вещество. Объект, а не процесс. Вовсе не волна, не правда ли?.. Так вот, опыт, проведенный с фуллеренами, показал: они тоже волны. Если вас это мало удивило, потому что вы – человек крепкий, уточню, что двухщелевой опыт с фуллеренами показал: они дают на экране интерференционную картину, а это значит, что один такой «мяч» пролетает через две щели одновременно!
– Как такое возможно? – Спросите вы.
А я отвечу:
– Возможно и не такое!
В 2019 году в Венском университете был проведен двухщелевой эксперимент с огромной молекулой грамицидина, состоящей из 15 аминокислот. Аминокислоты содержат от 10 до 50 молекул. Если взять в среднем, то получим четыре с лишним сотни атомов.
(Может возникнуть вопрос: если электронами можно управлять с помощью электромагнитного поля, пуляя их из электронной пушки, то как пулять и с помощью чего управлять электронейтральными молекулами? Тут приходится изощряться! Тонким слоем грамицидина был покрыт краешек быстро вращающегося диска из графита. Затем край диска обстреливали сверхкороткими лазерными импульсами, вышибая молекулы грамицидина, которые потом подхватывались струей аргона и разгонялись до скорости в полкилометра в секунду. С этой скоростью молекулы и летели в мишень. Опыт показал, что длина волны грамицидина составляет 350 фемтометров, то есть 350 × 1015 м.)
Но и это еще не все! В том же самом году, в том же университете провели аналогичный опыт с гигантской молекулой, состоявшей из почти 2000 атомов! И она тоже предсказуемо оказалась волной.
И наконец, настоящим культурным шоком для обывателя может стать известие, что сейчас ученые готовятся провести опыт по выявлению волновых свойств у вируса. Вы можете себе такое представить? Вирус – это уже почти живое существо, состоящее из миллионов молекул.
Это к вопросу о том, где заканчивается квантовый мир и начинается нормальный классический мир, к которому мы привыкли и который описывается законами старика Ньютона, старика Больцмана и старика нашего Максвелла. Этих границ нет! Квантовый мир не заканчивается нигде, мы в нем живем.
У читателя может возникнуть и еще один интересный вопрос. Со школьной скамьи нам известно, что электрон – элементарная, то есть неделимая частица. И действительно, еще никто и никогда не видел половинку электрона. Как же он тогда проходит через две щели одновременно, разве он не делится при этом пополам?
Очень просто: он делает это не в виде частицы. А в виде волны. В виде некоего электронного облачка. Представим себе размазанное в пространстве облачко, которое «кисельным образом» проходит через две рядом расположенные щели. После прохождения щелей волновые «части» каждого «полуэлектрона» начинают интерферировать друг с другом, то есть волны «половинок электрона» складываются и образуют на экране интерференционную картину. Но эта картина физически образуется на экране не волнами, а частицами. В экран шлепается классический электрон (или фотон, если опыт проводится с фотонами), оставляя одну точку засветки, а миллионы этих пятнышек от миллионов электронов и представляют собой полосатый интерференционный узор.
Так электрон – это частица или волна?
Наверное, все-таки волна, раз просачивается одновременно в две щели. Шарик так сделать не сможет. Но в какой момент после пролета щелевого экрана электронное волновое облачко превращается в шарик, в точечную частицу? Сразу после пролета через щели? На пути к регистрирующему экрану? Перед самым ударом в экран? В момент удара?
Правильный ответ: в момент удара при воздействии с веществом экрана.
Причем частица по имени электрон «знает», в какие части регистрирующего экрана он попасть не должен, там всегда остаются темные полоски без электронной засветки. «Знание» это формируется именно из-за волновой интерференции: в тех местах экрана, где электронные волны гасят друг друга, всегда будет темное место, там электрон как частица никогда не образуется.
Иными словами, летящий и не взаимодействующий ни с чем электрон представляет собой волну. А ударившись в материальный экран, это размазанное в пространстве электронное облачко, мгновенно стягивается в точку и становится частицей, оставившей точечный след засветки на экране. Процесс этот называется коллапсом волновой функции или редукцией волновой функции. Оба термина означают одно и тоже – схлопывание волновой функции, то есть превращение волны в частицу, или сотворение из Великой Квантовой Потенции некоей Физической Реальности в виде Конкретных Значений и Определенных Свойств. Причем процесс этот происходит мгновенно, иными словами,
