Михаил Заречный: Квантовая физика, время, сознание, реальность

Но, может быть, электроны каким-то образом блуждают от отверстия к отверстию и только потом достигают детектора? Это объяснение также не проходит: на кривой P12 при двух открытых щелях есть точки, в которые попадает значительно меньше электронов, чем при любой из открытых щелей. И наоборот, есть точки, количество электронов в которых более чем вдвое превышает сумму электронов, прошедших из каждой щели по отдельности.

Стало быть, утверждение о том, что электроны проходят либо сквозь щель 1, либо сквозь щель 2, неверно. Они проходят через обе щели одновременно. И очень простой математический аппарат, описывающий такой процесс, даёт абсолютно точное согласие с экспериментом, с тем, что показано красной линией на графике.

Чем же отличаются пули от электронов? С точки зрения квантовой механики, ничем. Только, как показывают расчёты, интерференционная картина от рассеяния пуль характеризуется столь узкими максимумами и минимумами, что никакой детектор их зарегистрировать не в состоянии. Расстояния между этими минимумами и максимами неизмеримо меньше размеров самой пули. Так что детекторы будут давать усреднённую картину, показанную красной кривой на рис. 1.

Давайте теперь видоизменим наш опыт так, чтобы можно было "проследить" за электроном, проследить, через какую щель он проходит. Поставим возле одной из щелей детектор, который регистрирует прохождение электрона сквозь неё (рис. 3).

В этом случае, если пролётный детектор регистрирует прохождение электрона через щель 2, мы будем знать, что электрон прошёл через эту щель, а если пролётный детектор не даёт сигнала, а основной детектор электронов даёт сигнал, то ясно, что электрон прошёл через щель 1. Можно поставить и два пролётных детектора, на каждую из щелей, но это никак не скажется на результатах нашего опыта. Конечно, любой детектор, так или иначе, исказит движение электрона, но будем считать это влияние не очень существенным. Для нас ведь куда более важен сам факт регистрации того, через какую из щелей проходит электрон!

Как вы думаете, какую картину мы увидим? (мнения зала разделились: большая часть аудитории считает, что результат опыта не изменится, но несколько человек считают, что вероятности сложатся, и результат будет таким же, как в опыте с пулемётной стрельбой).

Результат этого эксперимента показан на рис. 3, качественно он ничем не отличается от опыта с пулемётной стрельбой. Таким образом, мы нашли, что когда мы смотрим на электрон, то обнаруживаем, что он проходит либо через одно отверстие, либо через другое. Суперпозиции этих двух состояний нет! А когда мы не него не смотрим, он одновременно проходит через две щели, и распределение их на экране совсем не такое, чем тогда, когда мы на них смотрим!

Может быть, здесь дело в том, что наш пролётный детектор уж слишком сильно искажает движение электронов? Проведя дополнительные опыты с различными пролётными детекторами, по-разному искажающими движение электронов, мы заключаем, что роль этого эффекта не очень существенна. Существенным оказывается только сам факт фиксации состояния объекта!

Итак, эксперименты над микромиром однозначно говорят о возможности суперпозиции, когда объект характеризуется совокупностью состояний, каждое из которых, на первый взгляд, исключает другое. Зададим себе вопрос: что надо для наблюдения суперпозиции состояний? Можно ли наблюдать суперпозицию состояний не только в микромире, но и в макромире, в нашей обыденной жизни?

Ответ на первый вопрос достаточно ясен: для наблюдения суперпозиции мы не должны фиксировать состояние объекта. Но что значит фиксировать? Кто осуществляет фиксацию состояний? Прибор типа нашего пролётного детектора? Или наблюдатель? Или необходимо наличие и прибора, и наблюдателя? Ответ на этот вопрос даёт теория декогеренции. Но вначале я хочу сказать пару слов об открытых и замкнутых системах, а также о запутанных (синонимы — перепутанных, сцеплённых) состояниях. Эти понятия мы не раз используем в дальнейшем.

В обыденной жизни мы имеем дело с открытыми системами, когда есть какой-то объект, за которым мы наблюдаем (например, камень), и есть что-то внешнее по отношению к нему (например — песок, мы сами, да и вся остальная Вселенная вокруг камня). Очевидно, что окружение может взаимодействовать с нашим объектом и тем самым влиять на его состояние. Кроме того, в окружении может, так или иначе, записываться информация о состоянии объекта. И наш объект, конечно, тоже записывает, в какой-то форме, информацию о состоянии окружения.