КЭД – странная теория света и вещества

А вот еще одна странная особенность Природы, о которой мне хотелось бы рассказать. Предположим, мы помещаем в точках A и В специальные детекторы (можно сконструировать детектор, показывающий, прошел ли через него фотон) и теперь знаем, через какое отверстие (отверстия) проходит фотон, когда оба они открыты (см. рис. 50). Раз вероятность того, что одиночный фотон попадет из S в D, зависит только от расстояния между отверстиями, то, видимо, фотон как-то незаметно разделяется на два, а потом снова соединяется, не так ли? В соответствии с такой гипотезой, детекторы в А и В всегда должны срабатывать одновременно (возможно, вполсилы?), тогда как детектор в Dдолжен срабатывать с вероятностью от нуля до 4 % – в зависимости от расстояния между А и В.

А вот что происходит на самом деле: детекторы в А и В никогда не срабатывают одновременно – срабатывает детектор в А или детектор в В. Фотон не разделяется на два: он распространяется либо по одному, либо по другому пути.

Рис. 50. Если в точках А и В расположены специальные детекторы (*), показывающие, по какому из путей распространяется свет при двух открытых отверстиях, эксперимент меняется. Поскольку фотон всегда проходит или через одно, или через другое отверстие (в случае, если вы за ними следите), имеются два конечных состояния: 1) сработали детекторы в А и D и 2) сработали детекторы в В и D. Вероятность того, что случится каждое из этих событий, равна примерно 1 %. Вероятности двух событий складываются обычным способом, и вероятность срабатывания детектора в D оказывается равной 2 % (см. рис. 51, б)

Более того, в этих условиях детектор в D срабатывает в 2 % случаев – а это просто сумма вероятностей прохождения через А и через В (1 % + 1 %). Значение 2 % не зависит от расстояния между А и В; интерференция исчезает, если в А и В поместить детекторы!

Природа так все устроила, что мы никогда не сможем понять, как она это делает: если мы ставим приборы, чтобы выяснить, по какому пути пойдет свет, – пожалуйста, мы можем это выяснить, но удивительные интерференционные эффекты исчезают. А если у нас нет приборов, показывающих, по какому пути идет свет, интерференционные эффекты восстанавливаются! В самом деле, очень странно!

Чтобы разобраться в этом парадоксе, позвольте напомнить вам самый важный принцип: для того чтобы правильно вычислить вероятность события, нужно очень внимательно отнестись к четкому определению законченного (полного) события – в частности, определить, каковы начальные и конечные условия эксперимента. Вы смотрите на оборудование до и после эксперимента и ищете изменения. Когда мы вычисляли вероятность попадания фотона из S в D без детекторов в А и В, то событием был просто щелчок детектора в D. Если щелчок в D был единственным изменением условий, то нельзя было сказать, по какому пути летел фотон, поэтому возникла интерференция.

Поместив детекторы в А и В, мы изменили задачу. Теперь оказывается, что есть два законченных события – две различные совокупности конечных условий: 1) сработали детекторы в А и D; 2) сработали детекторы в В и D. Если у эксперимента имеется несколько допустимых конечных условий, надо вычислять вероятность каждого как отдельного законченного события.

Для вычисления амплитуды того, что сработают детекторы в А и D, мы умножаем стрелки, которые представляют следующие этапы: фотон летит из S в A; фотон летит из А в D; детектор в D срабатывает. Квадрат длины получившейся стрелки есть вероятность этого события – 1 % – такая, как при закрытом отверстии В, так как в обоих случаях этапы одинаковы. Другое законченное событие – срабатывание детекторов в В и D. Вероятность этого события вычисляется таким же способом, и результат такой же, как раньше – примерно 1 %.

Если нас интересует вероятность срабатывания детектора в D, причем все равно, сопровождается оно срабатыванием детектора в А или в В, то эта вероятность равна простой сумме вероятностей двух событий – 2 %. Вообще, если в системе остается что-то, благодаря чему мы могли бы определить путь фотона, мы имеем различные «конечные состояния» (различимые конечные условия) и складываем вероятности, а не амплитуды всех конечных состояний[13].

Я указал на эти обстоятельства, потому что чем больше вы наблюдаете странное поведение Природы, тем сложнее построить наглядную модель, объясняющую даже простейшие явления. И теоретическая физика отказалась от этого.