Субатомные частицы ведут себя двойственно — это подтверждает квантовый щелевой эксперимент, почти мистический по своей сути.

Учёные, будучи уверенными, что электрон — это частица, ожидали увидеть две полосы напротив двух щелей. На самом деле, когда они проходят через эти щели на экране появляется интерференционная картина (чередующиеся тёмные и светлые полосы), что свидетельствует о волновом поведении электронов.

Начинается история с того, что на пути пучка электронов устанавливается непрозрачная пластина с двумя вертикальными щелями, а за ней на некотором расстоянии — экран для наблюдения. Проходя через две щели поток частиц ведёт себя странно — на экране отражается полосчатая картина интерференции, присущая, как мы знаем из школьного курса физики, только волнам. Прямое экспериментальное доказательство корпускулярно-волновой двойственности частиц! 

Но на этом эксперимент не закончился. Учёные решили раскрыть тайну двойственности субатомных частиц и выстреливали электронами по щелям не пучком, а по одному. И что же? Картина на экране в точности повторила интерференционный рисунок! Фантастика, ведь для этого каждому электрону пришлось бы одновременно пройти сквозь обе щели, иначе свойств волны ему не проявить. 

Интерференция волн — взаимное усиление когерентных волн в одних точках при их наложении друг на друга и ослабление в других точках.

Такое возмутительное поведение частицы экспериментаторы решили зафиксировать с помощью точнейших инструментов контроля, установленных около щелей. Итак, выстрелы электронами строго по очереди, но… Как будто зная, что они под «колпаком» учёных, частицы спокойно проходят сквозь щели, образуя две ровные линии на экране. Они снова стали типичными частицами! Учёные назвали эту мистику коллапсом волновой функции частицы. Стоит убрать точные приборы наблюдения — и на экране вновь чередуются светлые и тёмные полосы.

Складывается впечатление, что электрон при виде контролирующего объекта возвращается в прошлое на место своего выстрела, превращается в типичную частицу и в таком состоянии проходит сквозь одну щель. Но что электроны, на подобные фокусы оказываются способны и гораздо более крупные объекты. 

В начале XXI века учёные запустили вместо субатомных частиц целую молекулу фуллерена и, конечно, в опыте со щелями этот полый мяч из углеродных атомов продемонстрировал свойства волны. Для наглядности движущуюся молекулу подсветили лазером в надежде уловить момент перехода из состояния частицы в волну. Но поведение фуллерена внезапно менялось, и он становился типичной частицей, ни в коей мере не нарушающей законы классической физики. Фантастика? Возможно, но учёные в неё не верят, поэтому ввели новый термин декогеренция. Это прямое столкновение квантовомеханических законов с классическими принципами физики нашего привычного макромира. Для мира субатомных образований такой контакт заканчивается плачевно — у них коллапсирует волновая функция, и они перестают быть собой в привычном смысле. Причём, проявляется это только когда любопытный человек принимается пристально наблюдать за событиями квантового мира.

Влияние наблюдателя на процессы микро­мира заставляют задуматься, а что если декогеренция распространяется не только на субатомные частицы, но и на окружающий нас макромир? Можем ли мы верить своим глазам или свойства окружающей реальности, подобно электрону, искажаются под наблюдением? Здесь нельзя не вспомнить слова великого Нильса Бора: «Всё, что мы называем реальным, состоит из вещей, которые не могут рассматриваться как реальные». 

Эта статья была опубликована в журнале OYLA №9(25). Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.