Квантовая революция. Как самая совершенная научная теория управляет нашей жизнью

Согласно копенгагенской интерпретации, идея частиц дополнительна идее волн. Эти идеи противоречат друг другу – фотоны не могут быть одновременно частицами и волнами, – но обе они попеременно необходимы для описания этого эксперимента. Когда вы не измеряете положение фотона, он является волной. Таким образом, фотоны могут интерферировать сами с собой, когда проходят сквозь двойную щель. Но измерение положения фотона вынуждает его вести себя как частица: когда фотон ударяется об экран, установленный за двойной щелью, он должен столкнуться с ним только в одной точке. Подобным же образом, установка детекторов фотонов в каждой щели заставляет фотон, проходя через двойную щель, вести себя как частица: детекторы вынуждают каждый фотон проходить только через одну щель, и, таким образом, они не интерферируют сами с собой, хотя прежде они свободно могли вести себя как волны и проходить сквозь обе щели. Но спрашивать, где был фотон до измерения, бессмысленно: у волны нет определенного местоположения. Измеряемое свойство создано самим измерением; спрашивать о положении фотона заблаговременно – не более чем софистика. Любая попытка наглядно представить, как это возможно, любая попытка дать отчет о том, как ведет себя квантовый мир между измерениями, обречена на поражение, потому что, как сказал Бор, никакого квантового мира нет.

Рис. 5.4. Траектории частиц, направляемые волнами-пилотами, в опыте с двойной щелью (вид сверху вниз). Рисунок выполнен при помощи программы Mathematica, любезно предоставленной профессором Чарлзом Себенсом (UCSD)

Бом объяснил странные результаты опыта с двойной щелью, сделав именно то, что с точки зрения копенгагенской интерпретации было невозможно: дав подробный отчет о том, что происходит в квантовом мире, независимо от того, наблюдает за этим кто-нибудь или нет. Фотоны, согласно Бому, – это частицы, скользящие по волнам. В то время как частица может пройти лишь через одну щель, ее волна-пилот проходит через обе и интерферирует сама с собой. Эта самоинтерференция, в свою очередь, воздействует на движение частицы, так как последнюю направляет волна. Волна толкает частицу на путь, обеспечивающий появление на фотопластинке интерференционной картины после того, как сквозь двойную щель пройдет достаточное число фотонов (рис. 5.4). Установка детекторов фотонов в каждой щели влияет на пилотную волну каждого фотона – как бы хитроумно эти датчики ни были установлены, любой детектор фотонов неизбежно изменит у каждого фотона пилотную волну. Это следует из принципа неопределенности Гейзенберга: в интерпретации Бома он ограничивает степень, до которой измерительные устройства могут избежать воздействия на измеряемые объекты. В результате воздействия измерений на волны-пилоты фотонов траектории волн изменятся, и на фотопластинке будут наблюдаться две группы точек, а не интерференционная картина. По мнению Бома, хотя измерения и могут влиять на движение частицы, все частицы обладают определенными положениями, наблюдает за ними кто-нибудь или нет.

Интерпретация Бома очень похожа на старую интерпретацию де Бройля, представленную им на Сольвеевской конференции в 1927 году. Математическая сторона обеих этих интерпретаций по сути идентична, и они отличаются только акцентом на тех или иных идеях. Основной физический смысл обоих подходов один и тот же: квантовый мир состоит из частиц, направляемых волнами. Но в том, в чем де Бройль проиграл, Бом добился успеха. Он умело решил задачи, поставленные Паули, Крамерсом и другими четверть века назад на Сольвеевском конгрессе, настаивая на том, чтобы все трактовалось в квантовом смысле: и то, что подлежит измерению, и измерительные устройства. Это была поистине радикальная идея: вполне серьезно принять квантовую физику как способ описания всего мира в целом. В бомовской интерпретации, построенной на идее волн-пилотов, странности квантового поведения для больших объектов минимизируются – вот почему мы не наблюдаем этих странностей в повседневной жизни. Но все объекты, большие и маленькие, в конечном счете управляются одним и тем же набором квантовых уравнений.