За гранью реальности. Объяснение необъяснимого - Александр Никонов

Так многие думают. Но это не так. В эксперименте ученые запускали в установку по одному электрону. И наблюдали интерференционную картину! Что это значит? Это значит, что один электрон пролетал одновременно через две щели! И за экраном интерферировал – складывался сам с собой.

Неожиданный вывод, согласитесь. Сознание, которое привыкло относиться к электрону, как к малюсенькому шарику, противится такому поведению шарика. Один шарик не может пролететь сразу через две щели, как одна пуля не может лететь по двум траекториям сразу. Пуля не может, а электрон летит!

Слушайте, а если возле щели поставить какой-нибудь детектор, который определял бы, через какую щель «на самом деле» проскочил этот проныра? Отличная идея! Ставим детектор. Можно поставить два детектора – у каждой щели по одному, можно один – без разницы, ведь если детектор у нас стоит только у одной щели и он не фиксирует пролет электрона, значит, электрон пролетел через другую щель.

Ставим! Фиксируем! Да, электрон пролетает только через одну щель! Либо через правую, либо через левую! Ура! Но вот какой ужас – при этом интерференционная картинка пропадает! То есть как только мы начинаем знать, где пролетел электрон, как только он начинает вести себя в соответствии с нашими ожиданиями (как маленький шарик), так сразу волновая картина на экране пропадает!

Хитрые люди могут спросить: а как мы детектируем электрон – как узнаем, что он пролетел именно через эту щель? Ну, например, ставят фотонный детектор, и по рассеянию света делают вывод. «Ага! – воскликнет читатель, сторонник определенности. – Так вы забомбардировали несчастный электрон фотонами, а после удивляетесь, что он полностью изменил свое поведение! И еще сознание свое приплели зачем-то!»

Да, доля истины в этих рассуждениях есть. Если мы детектируем с помощью фотонов пулю (то есть попросту смотрим на ее полет, ловя глазами отраженные фотоны), то никак, конечно, на пулю мы этим не влияем. Во-первых, фотоны от пули и так отражаются, потому что солнце светит, а во-вторых, что пуле фотон? Меньше, чем слону дробина! А вот электрончик – маленький, ему от фотонов больно. В микромире, чтобы получить информацию, мы воздействуем на объект сравнимыми с ним штуковинами. И, естественно, вносим при этом сильную помеху. Подставьте под пулю не фотоны, а сравнимую с ней вещь – деревянную щитовую мишень, например, и увидите, как повлияет это «измерение» на траекторию и скорость пули.

Но вот ведь какая штука. Если даже мы поставили всего один детектор на одну щель и электрон не детектировался, то есть пролетел через другую щель, где его фотонами не бомбардировали, все равно интерференционная картина пропадает!.. Откуда электрон узнал, что его «секут» на второй щели? Квантовая механика объясняет это чудо так: та компонента (часть) волновой функции, которая подверглась бомбардировке фотонами, изменила поведение электрона – превратив его из туманного облачка в шарик, пролетевший в другую щель.

Бр-р-р. Что это еще за компонента такая? А это просто кусок формулы! Поведение электрона описывается формулой, как сумма возможных состояний. Упрощенно это можно записать так:

Состояние электрона = электрон пролетел через первую щель + электрон пролетел через вторую щель.

Или короче:

Е = Ф1 + Ф2,

где Е – функция электрона,

Ф1 – состояние электрона, соответствующее пролету через первую щель,

Ф2 – состояние электрона, соответствующее пролету через вторую щель.

То есть полностью поведение электрона описывается как сумма всех его возможных состояний. Это и есть знаменитая волновая функция.

При измерении, то есть при воздействии или на «сам» электрон или на некую «виртуальную» его часть, то есть попросту на одно из формальных слагаемых в формуле, электрон локализуется в пространстве. То есть обретает в нем конкретное место взамен размазанного.

Еще раз, это важно: детектируя электрон, мы можем облучать фотонами не только его самого, пролетающего через щель, но и тот кусок формулы, которая «пролетает» (описывает пролет) через другую щель – эффект будет один! То есть, либо «живой» электрон пролетает через щель, и мы это прямо фиксируем детектором (интерференционная картина при этом пропадает), либо электрон пролетает через другую щель, где нет фотонного детектора, и мы облучаем фотонами ту часть электрона, которая не пролетает через эту щель (интерференционная картина при этом тоже пропадает).

Обалдеть, правда? Мистика, какая-то.

Вывод: воздействие локализует частицу. Она перестает описываться волновой функцией. И становится конкретной штукой в конкретном месте. Это называется редукцией волновой функции. Еще раз: редукция волновой функции – это когда мы путем воздействия на частицу превращаем ее из размазанного, вероятностного состояния в определенное. То есть измерение не выясняет истину, а присваивает частице эту истину.

Вот против чего так яростно выступал Эйнштейн. Ему вообще все это активно не нравилось. Неопределенность не нравилась… И он придумал, как эту неопределенность перехитрить.

Ладно, рассуждали Эйнштейн, Подольский и Розен – три героя, решившие перехитрить принцип неопределенности, – пусть мы не можем измерить у частицы импульс и координату одновременно. Но узнать можем! Это делается так.

Нужно «спутать» две частицы, чтобы их свойства были взаимосвязаны. Аналогия далекая, но тем не менее. Это, примерно, как в бильярде – бьем шаром по шару, шары разлетаются. Суммарный импульс шаров до соударения равен суммарному импульсу после соударения – простая механика, закон сохранения импульса, в школе проходят. То есть измерив импульс у одного шара, мы можем вычислить импульс другого, не измеряя его скорости.

Сталкиваем две частицы, они разлетаются, поделив импульс. Далее мы измеряем координату у первой частицы и импульс у второй. И таким образом узнаем и координату первой частицы (которую измерили непосредственно), и ее импульс (который просто вычислили, измерив импульс у второй частицы). Такова была схема мысленного эксперимента, предложенная троицей ЭПР.

Это было сильным ударом, от которого великий Бор покачнулся. Спор их в тот день закончился вничью. Бор назвал натяжкой рассуждения Эйнштейна. Эйнштейн полагал, что импульс, как объективная характеристика, уже имеется у частицы. И путем вычисления мы его узнаем. Бор же считал, что, пока мы импульс не измерили, приписывать частице конкретное значение импульса нельзя: импульс присваивается измерением, стало быть, мы не обманули неопределенность.

Много позже, а именно в 1960-е годы физик Джон Белл из швейцарского ЦЕРНа, размышляя над ЭПР-парадоксом, формализовал эту придуманную схему, написав некое математическое неравенство, которое позже назвали неравенством Белла. Из формулы вытекало, что если в эксперименте справедливость неравенства подтвердится, значит, прав Эйнштейн. Если не подтвердится, – Бор.

Такой эксперимент удалось поставить только в 1982 году. Поставил его Ален Аспек. Результат эксперимента с двумя поляризованными фотонами неопровержимо показал: прав был Бор. Никакой «объективной физической реальности», о которой грезил Эйнштейн, в микромире не существует.

Глава 3 Призрачно все в этом мире бушующем…

Действительно, как-то призрачно все стало. Неопределенно как-то. Четкий мир вдруг расплылся в неких виртуальностях. Реальность растворилась в дрожащих тенях. Написав эти строки, я по ассоциации вспомнил историю № 21 из Шкатулки – про загадочного Назарова. Чтобы вы не листали книжку, просто приведу этот кусочек еще раз.

«…Гораздо более странная история приключилась со мной в селе Красные Всходы… Там проводила свой психотренинг одна известная московская психологиня. Так сказать, в отрыве от мегаполиса. Клиенты жили в тишине, гуляли по лесу и познавали себя на занятиях.

Так вот, после очередного дня занятий лежал я в избе, которую мы сняли буквально за копейки, и смотрел на потолок, на котором прыгали отсветы икеевских фонариков. Такие купленные в магазине IКЕА жестяные фонарики со стеклышками и дверцей – внутрь вставляется маленькая круглая свечечка, похожая на парафиновую таблетку в жестяной облатке.

Короче, лежал я, смотрел на потолок и думал. Думал не просто поток мыслей, как обычно, а вполне конкретно: что есть жизнь? Точнее, есть ли вообще что-нибудь на белом свете или это все иллюзия.

И вдруг с потолка мне ответил голос. Мужской баритон. Мне никогда раньше не отвечали голоса с потолка, поэтому я просто поразился… Нет, я не пил. Я, как ты знаешь, не пью, не курю и наркоту не принимаю.

Голос сказал:

– Ты знаешь, а на свете ничего нет.

Я был поражен не только самим голосом, но и его ответом! „Как же так? – спросил я его мысленно, – а вот же все вокруг! То, что вокруг меня – все это есть! Почему же ничего не существует?..“