Новый ум короля: О компьютерах, мышлении и законах физики

В приведенном выше описании я избрал гораздо более «реалистическую» точку зрения на волновую функцию, чем та, которая обычно принята среди квантовых физиков. Я придерживаюсь точки зрения, согласно которой «объективно реальное» состояние отдельной частицы действительно описывается ее волновой функцией . Многие, видимо, находят такую позицию слишком трудной для того, чтобы ее можно было всерьез воспринимать. Одна из причин такого отношения, по-видимому, состоит в том, что эта позиция включает в себя представление об отдельных частицах как объектах, обладающих некоторой пространственной протяженностью, а не сосредоточенных в дискретных точках. Особую остроту эта ситуация приобретает для импульсного состояния, так как функция распределена по всему пространству. Вместо того, чтобы представить себе частицу распределенной по всему пространству, люди предпочитают думать о ее положении как о «полностью неопределенном», так что все, что можно сказать о положении частицы, сводится к утверждению о том, что частица может находиться в каком-нибудь месте с такой же вероятностью, как и в любом другом. Однако мы видели, что волновая функция дает не только распределение вероятности различных положений, но и распределение амплитуддля различных положений. Если мы знаем распределение амплитуд (т. е. функцию ), то (из уравнения Шредингера) мы также точно знаем, каким образом состояние частицы будет эволюционировать во времени. Представление о частице как об объекте, обладающем «пространственной протяженностью», необходимо нам для того, чтобы «движение» частицы (т. е. эволюция волновой функции во времени) было определено таким образом. И если мы примем такое представление о частице, то движение ее станет точно определенным. «Вероятностная точка зрения» на была бы уместной, если бы мы выполнили над частицей измерение ее положения, а ( х) использовали бы далее только в форме квадрата ее модуля | ( x)| ².

Похоже, что мы действительно должны согласиться с представлением о частице, как распределенной по обширным областям пространства и пребывающей в состоянии пространственной протяженности, пока не будет произведено следующее измерение ее положения. Даже будучи локализованной в конфигурационном пространстве, частица начинает в следующий момент времени обретать пространственную протяженность. Что касается импульсного состояния, то его, по-видимому, очень трудно принять в качестве «реальной» картины существования частицы, но еще труднее принять в качестве «реального» состояния с двумя пиками, которое имеет место, когда частица проходит через две щели (рис. 6.15).

Рис. 6.15.Так как волновая функция фотона возникает от пары щелей, она имеет пики сразу в двух местах

В вертикальном направлении форма волновой функции имела бы два острых пика — по одному на каждой из щелей, являясь суммой [146]волновой функции  _tимеющей пик на верхней щели, и волновой функции _b, имеющей пик на нижней щели:

( x) = _t( x) + _b( x).

Если мы примем волновую функцию как «реально» представляющую состояния частицы, то нам придется признать, что частица в самом деле находитсяв двухместах одновременно! С этой точки зрения частица реально прошла сразу через две щели.

Стандартное возражение против утверждения о том, что частица реально «проходит сразу через две щели» сводится к следующему: если мы выполним измерение нащелях, чтобы определить, через какую из них прошла частица, то всегда обнаружим, что частица целикомпроходит либо через одну, либо через другую щель. Но так происходит потому, что мы производим измерение положениячастицы, поэтому в этом случае дает только распределение вероятности | | ²для положения частицы — в соответствии с процедурой, основанной на вычислении квадрата модуля, и мы находим частицу либо в одном, либо в другом месте. Но существуют и другие типы измерений, которые можнопроизводить на щелях, и эти измерения отличныот измерения положения. Для таких измерений нам необходимо было бы знать волновую функцию с двумя пиками, а не только | | ², для различных положений x. При помощи таких измерений мы могли бы отличить состояние с двумя пиками

 = _t+ _b

приведенное выше, от других состояния с двумя пиками, таких, как

_t— _b

или

_t+ i_b

(кривые для каждого из этих различных случаев представлены на рис. 6.16). Так как измерения, различающие эти возможности, действительно существуют, они должны исчерпывать все различныевозможные «реальные» способы существования фотона!

Рис. 6.16.Три различных способа, как можно получить волновую функцию фотона с двумя пиками