Russian X-files. Сеансы черной и белой магии с разоблачением

Это непредставимо для обычного мира. Если летит пуля, мы в любой момент знаем, где она находится и какова ее скорость. Странно, если бы узнав, где пуля, мы тем самым автоматически закрывали себе знание о ее скорости. И наоборот, узнав скорость, мы полностью теряли бы информацию о ее местоположении… Где ружейная пуля, чья скорость 800 м/с? Как где? На траектории полета!.. А вот и нет, а вот и нет! Нет у нее никакой траектории! И координаты нет. Теперь пуля вполне может оказаться в Антарктиде или на Луне. Возможен вариант: есть точная координата пули на траектории (в 30 см от ружейного ствола), но тогда нет точной скорости. То есть скорость может быть нулевой. Или бесконечной.

…Запускаем ракету. Какова ее скорость через секунду после старта? – Десять метров в секунду, товарищ полковник!.. – А где она? – А кто ее знает! Квантовая механика, товарищ полковник. Теперь уже непонятно…

И прав ведь товарищ полковник в своем справедливом возмущении! Действительно, что это за блажь такая? Не может Родина стрелять вслепую. А как же баллистика? Есть же такая наука – баллистика! И этой науке все равно, какой массы пуля – хоть 9 граммов, хоть тонна, хоть с электрон размером… Подставь в формулы, получишь результат – где пуля и что с ней в данный момент происходит. Увы! В микромире баллистика работать перестает. Как же тогда рассчитывать прицел?

А по вероятности. Есть так называемая волновая функция – она описывает «размазанную в пространстве вероятность» того, что в данной точке может оказаться электрон, вздумай мы его здесь поискать… Это ключевое выражение – «вздумай мы его поискать»! Если бы мы поискать электрон не вздумали, он был бы… где? Вот в ответе на этот вопрос и разошлись Бор с Эйнштейном. Эйнштейн считал, что электрон где-то, в каком-то определенном месте да был бы. Просто мы пока не можем точно рассчитать это место. Поэтому и предсказываем вероятностно. Бор полагал по-другому. Он считал, что, пока мы не интересуемся, где находится электрон, он в определенном месте и не находится. Он действительно размазан в пространстве! И размазанность эта намного превышает диаметр самого электрона. Это как если бы пуля, вылетев из ствола, превращалась в летящее облачко тумана. Электрон как бы летит по всем траекториям сразу. Но! Но если мы проведем замер, то обнаружим частицу на вполне определенной траектории, в конкретной точке. То есть если под «туманную пулю» мы подставим мишень, то в момент удара по мишени пуля тут же локализуется, превращается в обычную твердую пулю, которая делает в мишени маленькую дырку.

Первая мысль от подобного поведения элементарных частиц именно эйнштейновская – на самом деле электрон летит по вполне конкретной траектории, как пуля, просто мы ее не знаем, а можем лишь примерно, вероятностно определить – таков наш пока несовершенный математический аппарат. Второе впечатление от дурного поведения элементарных частиц – головокружительное, и более всего кружится голова от дикости происходящего, когда знакомишься со знаменитым двущелевым экспериментом.

Сейчас я его вкратце опишу. Волны, как вам известно, умеют складываться – и морские, и звуковые, и электромагнитные. Если встречаются две волны в противофазе, они гасят друг друга. А если в одной фазе – усиливают: растет амплитуда волны. Представьте себе набегающую на берег широким фронтом волну. Мы ставим на ее пути плотину с двумя щелями, расположенными неподалеку друг от друга. Через плотину волна не проходит, а через щели – проходит, разбегаясь от щелей двумя конусами в сторону берега. Волновые конусы возле берега встречаются, перекрываясь. И в тех местах, где амплитуды волн получаются синфазными, они складываются, и о берег бьют удвоенные волны. А там, где волны гасят друг друга, берег спокоен.

Такой же эксперимент, проведенный со световой волной, дает на экране (который здесь заменяет берег) так называемую интерференционную картину, то есть картинку сложения волн. Где световые волны складываются – там на экране яркие полосы света, а там, где вычитаются – темные полосы тени. Световая зебра.

Такой же эксперимент проводили не только с волнами, но и с частицами – электронами. Если бы электроны были большими, как, например, шарики от подшипников, никакой интерференции не получилось бы: шарики не волны, там нечему складываться – барабанили бы просто в мишень, образуя два пятна попаданий – от каждой щели по одному.

Но в микромире, как вам опять-таки известно, все частицы обладают свойствами волн. И наоборот – волны обладают свойствами частиц. И если двухщелевой эксперимент проводить с электронами, на экране образуется интерференционная картина – электроны ведут себя как волны. Получается зебра.