Маркус Чоун - Чудеса обычных вещей. Что обыденная жизнь рассказывает нам о большой Вселенной

Предположим, что, как и в эксперименте с двумя прорезями, мы имеем доступ к частицам только до и после их взаимодействия. Ну что же, теперь вообразим, что две частицы стартуют соответственно из точки 1 и точки 2. Затем они взаимодействуют и оказываются в точках 3 и 4. Есть два варианта, как это могло произойти. Частица, стартовавшая из точки 1, может оказаться в точке 3, а частица, начавшая свой путь из точки 2, заканчивает его в точке 4. Или же частица из точки 1 попадает в точку 4, а частица из точки 2 — в точку 3.

Конечно, мы могли бы сказать, какой из двух вариантов произошел, если бы частицы как-то отличались друг от друга — например, если бы одна была зеленой, а другая — синей или если бы на одной была татуировка: «частица А», а на другой: «частица В». Но эти две частицы абсолютно, решительно неразличимы. Таким образом, нет никакой практической возможности определить, какая из возможностей состоялась на самом деле. И это еще одно новое блюдо, которое неразличимые частицы подают на наш стол. Их неразличимость означает, что события, в которых они участвуют, тоже могут быть неразличимыми. А для микроскопического мира это имеет важные последствия, потому что, как уже подчеркивалось ранее, если два события неразличимы, вероятностные волны, отображающие каждую из двух возможностей, могут интерферировать между собой [32] Этим подчеркивается лишь то, что квантовая теория — просто-напросто еще одна теория о том, что мы может узнать или измерить, — а это, собственно, и есть смысл любой научной теории. Если мы знаем только результат события — например, результат взаимодействия между двумя идентичными частицами, — мы не вправе спрашивать, откуда этот результат взялся. В сущности, такой вопрос «незаконен» с точки зрения науки. Он лишен смысла. Как сказал Нильс Бор: «Квантового мира не существует. Есть только абстрактное физическое описание. Ошибочно думать, что задача физики — выяснить, что там такое природа. Физику заботит, что мы можем сказать о природе». [Это высказывание Нильса Бора было впервые приведено его сотрудником Оге Петерсеном в статье «Философия Нильса Бора» («Бюллетень ученых-атомщиков». Т. 19. № 7. Сентябрь, 1963) Прим. перев .]. (Прим. автора). .

В нашем случае, когда две неразличимые частицы стартуют из точек 1 и 2, а заканчивают свой путь в точках 3 и 4, можно добиться некоторой точности. Общая высота волны для всего процесса — вспомним: ее следует возвести в квадрат, чтобы получить значение вероятности процесса, — равна сумме высот волн для первого и второго вариантов. Теперь обратимся к теории вероятности. Допустим, кто-то бросает игральную кость и у него выпадает «шестерка», — вероятность этого события составляет 1/6. А если кто-то еще бросает монетку и она ложится орлом вверх, то вероятность такого события —1/2. Если же оба броска происходят одновременно, то вероятность исхода «шестерка + орел» составит 1/6 х 1/2 = 1/12. Именно это происходит с высотами волн, если мы имеем дело с идентичными частицами. Суммарная высота волн в том случае, когда частица из точки 1 попадает в точку 3, а частица из точки 2 заканчивает свой путь в точке 4, составит В (1→3) х В (2→4). Таким образом, высота волны для всего процесса, включающего оба варианта, будет равна В (1→3) х В (2→4) + В (2→3) х В (1→4).

Теперь следует обратить внимание на кое-какие особенности высоты квантовой волны, ассоциированной с событием. Как и в случае с любой другой волной, для ее описания нужны два числа. Одно необходимо для того, чтобы обозначить максимальную высоту, или «амплитуду», волны. А поскольку волна идет то вверх, то вниз, достигает максимума, затем минимума, снова максимума и так далее, то есть не всегда имеет эту максимальную высоту, требуется еще одно число, именуемое «фазой», которое определяет расположение максимумов.

Самый простой способ визуально представить высоту квантовой волны — это вообразить ее стрелой, указывающей в определенном направлении, ровно как стрелка на часах [33] «Стрела» и «стрелка» в русском языке — по сути, одно и то же слово, в отличие от английского языка, где стрела — это arrow, а стрелка часов — hand. Тем не менее образ удобный и внятный, искать ему замену было бы неправильно, просто нужно помнить, что, когда речь идет о вероятностях, употребляется слово «стрела», а в реальных часах фигурируют, конечно же, «стрелки». . У стрелы есть «амплитуда» — это всего-навсего длина стрелки часов. А также у нее есть «фаза». Она определяется с учетом конкретного направления: например, стрелка часов указывает на 12. В этой картинке высота волны — просто-напросто высота кончика стрелки над нулевым уровнем: в случае часов нулевой уровень — это линия, соединяющая на циферблате цифры 9 и 3.