Боб Берман - Биоцентризм. Как жизнь создает Вселенную

Чтобы ответить на этот вопрос, мы используем источник света или источник частиц. В классическом эксперименте с двумя щелями в качестве таких частиц используются электроны, поскольку они очень маленькие, простейшие (неразделимые на более мелкие составляющие) и легко образуют луч, который можно направить на удаленную цель. Например, в самом обычном телевизоре электронные лучи направляются на экран.

Мы начинаем опыт, направляя свет на экран-детектор. Но сначала свет должен пройти через первый барьер, в котором находятся две щели. Мы можем пропустить через этот барьер либо поток света, либо всего один неделимый фотон – результат будет одинаковым. Любой квант света с вероятностью 50:50 может пройти либо через правую, либо через левую щель.

Через какое-то время эти фотоны, летящие как крошечные снаряды, должны образовать характерный узор. Большая их часть будет попадать в середину экрана, а меньшинство – по краям, поскольку лучи света, как правило, прямолинейны. По законам вероятности мы должны увидеть примерно такой кластер попаданий.

Построим график на основе этого распределения (количество попаданий откладывается по оси ординат, положение точек на экране-детекторе – по оси абсцисс). Неудивительно, что основная масса частиц оказывается в центральной части, а по краям наблюдается гораздо меньше попаданий. Получается следующая кривая.

Но это не тот результат, который мы фактически получаем. При выполнении подобных экспериментов – а за прошлый век их ставили тысячи раз – мы обнаруживаем, что кванты света образуют весьма любопытный рисунок.

Вот какой график у нас получается.

Теоретически те небольшие экстремумы, которые располагаются по бокам от главного, должны быть симметричны. Но на практике мы имеем дело с отдельными квантами света и вероятностями, поэтому обычно результат немного отличается от идеального. В любом случае главный вопрос сохраняется: почему узор именно таков?

Оказывается, именно таким он и должен быть, если свет состоит из волн, а не из частиц. Волны сталкиваются, и между ними возникает интерференция, а значит, и рябь. Если вы одновременно бросите в пруд два камешка, то волны от камешков столкнутся друг с другом. В результате где-то на водной глади волны будут меньше, чем ожидалось, а где-то возникнут довольно сильные всплески. Волны могут усиливать друг друга либо разглаживаться, если сталкиваются гребни встречных волн.

Итак, уже в начале XX века был зафиксирован такой рисунок. Поскольку он может образоваться только в результате взаимодействия волн, физики убедились, что свет – это волна либо по крайней мере проявляет волновые свойства в ходе такого эксперимента. Самое интересное заключалось в том, что ровно такой же результат получался и при использовании «твердых тел» – например, если луч состоял из электронов. Оказывается, и твердые частицы могут проявлять волновые свойства! Итак, с самого начала эксперимент с двумя щелями стал демонстрировать интереснейшие и неожиданные факты о реальности.

К сожалению или к счастью, это была всего лишь затравка. Лишь немногие догадывались, что все самое интересное еще впереди.

Новая странность была обнаружена, когда через прибор стали пропускать всего один фотон или электрон в момент времени. Частица успевала пройти достаточно длинный путь, ее регистрировали как частицу, и уже после этого возникал интерференционный рисунок. Как же это могло быть? С чем интерферировал этот единственный фотон или электрон? Как можно получить интерференционный рисунок, если в эксперименте задействована всего одна неделимая частица?

Единственный фотон попадает в детектор.

Второй фотон попадает в детектор.

Третий фотон попадает в детектор.