Знаменитый эксперимент с двумя щелями

Эксперимент с двумя щелями

Чтобы понять этот эксперимент, мы сначала должны увидеть, как ведут себя частицы - эти маленькие образования материи. Если мы хаотично будем обстреливать щит с прорезью небольшими объектами, например, твёрдыми шариками, то мы увидим изображение того, где они прошли сквозь щель и ударились в экран. И если мы добавим ещё одну щель, то мы ожидаем увидеть вторую такую же полоску справа на экране.

Теперь давайте посмотрим на волны. Волны прошли сквозь прорезь и распространились, ударяя экран с наибольшей интенсивностью строго по линии прорези. Яркая полоска на экране показывают эту интенсивность. Она похожа на полоску в первом эксперименте с частицами. Но когда мы добавляем вторую щель, то происходит нечто иное.

Если вершина одной волны встречается с нижней частью другой волны, то они гасят друг друга, и на экране мы увидим интерференционный узор. Точка, где пересекаются две вершины волн, даёт наивысшую интенсивность, и мы видим яркие полоски, а там, где волны гасят друг друга, - ничего нет. Таким образом, если мы пропускаем объекты, то есть материю, через две щели, то мы получаем это - две полоски, а с волнами мы видим интерференционный узор из многих полосок.

Пока понятно. А теперь посмотрим на кванты... Электрон - это совсем крошечная частичка материи, как маленький шарик. Давайте проследим поток электронов через одну щель. Поток ведёт себя, как и шарики, - одна полоска. Если мы пропустим эти микрочастицы через две щели, то мы должны получить, как и в случае с шариками, две полоски. Что?! Интерференционный узор! Мы выпустили электроны, маленькие частицы материи, а получаем изображение как с волнами, а не как с маленькими шариками. Как?! Как могут частички материи создавать интерференционный узор, как волны? Что-то не сходится...

Но физики - умные ребята. Они подумали: «Может быть, эти маленькие шарики отталкиваются друг от друга и создают такой рисунок?». И они решили выпускать электроны поодиночке, чтобы не было ни малейшей возможности их взаимодействия. Но через час появился всё тот же узор! Заключение неизбежно: электрон начинает движение как частица, становится волной потенциалов, проходит через обе прорези и интерферирует сам с собой, ударяя в экран как частица.

Но математически это явление ещё более странное. Электрон проходит через обе щели и не проходит ни через одну, он проходит через одну щель и проходит также через другую. Все эти возможности накладываются друг на друга. Но физики были полностью обескуражены этим. Они решили подсмотреть, через какую щель электрон проходит на самом деле. Они поставили измеряющий прибор возле одной щели, чтобы увидеть, через которую он всё-таки проходит, и выпустили электрон...

Но в квантовом мире гораздо больше мистики, чем они могли себе представить. Когда они начали наблюдать, электрон снова стал вести себя как шарик. Он произвёл изображение двух полосок, а не интерференционный узор из многих полосок. Сам факт измерения или наблюдения за тем, через какую щель прошёл электрон, выявил, что электрон проходит только через одну, а не через обе щели. Электрон решил повести себя иначе, как будто знал, что за ним наблюдают.

И с этого момента физики вступили в невероятный, странный мир квантовых событий. Так что такое материя – частицы или волны? И волны чего? И при чём тут наблюдатель? Наблюдатель разрушил волновую функцию просто фактом своего наблюдения.

Мы всегда наблюдатели, но иногда мы так отождествляемся с происходящим, что теряем точку зрения наблюдателя...

Текст к видео взят отсюда.

См. также корпускулярно-волновой дуализм и коллапс волновой функции.