Рубрика "Развенчание научных мифов". Квантовая суперпозиция.

Последние пару дней мне не давал покоя вопрос о волновых свойствах электрона, выявленных в известном "эксперименте Юнга" с двумя щелями. Даже плохо спал, ел и работал.

Вообще, я хотел бы поговорить на более широкую тему, частным случаем которой является этот опыт и выводы, которые делает на основе его результатов официальная наука. А именно, о конгруэнтности науки. Под конгруэнтностью я здесь понимаю внутреннюю согласованность, непротиворечивость. На мой взгляд, в отношении толкования квантовых явлений у современной науки с этим есть некоторые проблемы. В частности, в том, что касается опыта Юнга. Суть его в том, что через экран, в котором имеются две узкие щели, пропускают пучок электронов. За этим экраном есть другой экран, который принимает прилетающие электроны и запоминает где какой упал.

Если бы электрон был частицей, такой же по своим свойствам как, например, свинцовая дробина, только намного меньше, то мы бы увидели на втором экране две одинаковые зоны, в которой приземляется большая часть электронов; причём центры этих зон находились бы чётко напротив щелей. В реальности же картина вырисовывается совсем другая. На втором экране возникает интерференционная картина, характерная для наложения двух волн.

Более того, со времён Юнга технический и научный прогресс шагнул далеко вперёд, и стало возможным провести этот эксперимент не с пучком электронов, летящих одновременно, а последовательностью электронов, моменты пролётов которых через щели разделены промежутками времени, достаточными для того, чтобы исключить интерференцию между электронами. Так вот выяснилось, что, несмотря на то, что отдельный электрон после пролёта щелей выглядит как вполне обычный электрон и приземляется в одной, вполне конкретной точке, последовательность электронов, запущенных друг за дружкой с разделением по времени, формирует на втором экране точно такую же интерференционную картину, как в случае с пучком электронов!

Для ознакомления с классикой проведения этого эксперимента можно посмотреть, например, вот это видео:

https://youtu.be/3Nzgkg2FIPM

Наука делает из этого опыта два вывода. Во-первых, вывод о том, что электрон обладает помимо корпускулярных свойств также волновыми свойствами и может проявлять дифракцию и интерферировать сам с собой. С этим выводом я не вижу проблем, и я с ним согласен. Во-вторых... А вот во-вторых, начинается, на мой взгляд отсутствие конгруэнтности и прочая нелогичность. Речь о периоде жизни электрона от момента прохождения сквозь щели до момента падения на второй экран. Вводится парадоксальное, если говорить мягко, или просто бессмысленное, если говорить чуть менее мягко, понятие о суперпозиции, то есть о том, что, де, электрон находится везде. Вообще ВЕЗДЕ. Даже в миллиарде световых лет от места проведения эксперимента. А также вводится понятие волновой функции, то есть распределения вероятности обнаружить электрон в заданной точке пространства. В миллиарде световых лет эта вероятность в очень высокой степени эквивалентна нулю. А вот непосредственно в зоне проведения эксперимента высока. Далее утверждается, что электрон именно находится везде. Не в какой-то конкретной точке, но мы не знаем, в какой. А везде! И так продолжается вплоть до того момента, когда мы наконец обнаруживаем электрон в момент поглощения его веществом второго экрана. В этот волшебный момент электрон актуализируется (материализуется) в определённой точке на экране.

Вот всё, что касается суперпозиции, волновой функции и материализации, я считаю совершенно неконгруэнтным. Когда вы говорите "существует одновременно везде", то вы либо дайте новое определение слову "существует", ибо классическое определение этого слова подразумевает, что если объект где-то существует, то он где-то и НЕ существует (во всяком случае, не в миллиарде световых лет от места действия). Либо используйте вместо слова "существует" какой-то другой термин, не вызывающий ассоциаций с привычными явлениями. Либо попробуйте сформулировать свою мысль снова. Также, когда вы говорите о материализации, потрудитесь объяснить, каким образом волна "выбирает" точку, в которой материализоваться при падении на экран. Пока, всё, что я читал и смотрел, обходит этот вопрос. Просто электрон материализуется в какой-то точке, и всё. Магия.

Таких вот примеров неконгруэнтности полно в квантовой физике, а также в других областях современной науки (например, в теории относительности и теории струн). На мой взгляд, это свидетельствует либо о сознательном желании навести туману там, где его быть не должно (в науке), либо о том, что наука загнала сама себя в логический тупик. В настоящей научной теории не должно быть даже намёков на какую-то нелогичность, несогласованность, на то, что "не укладывается в голове". Истина должна быть проста и понятна. Потому что она в конечном итоге живёт у нас в сознании, и если мы не в состоянии её понять, то это не истина.

Но вернусь к эксперименту Юнга. Как я себе представляю возможное объяснение наблюдаемых фактов. Электрон, как и другие элементарные частицы, действительно представляет собой любопытную сущность. Мне он представляется как некое локальное, очень небольшое возмущение "энергетической ткани пространства" (я предпочитаю этот, выглядящий более универсальным термин словам "электромагнитное поле", так как у меня нет уверенности в том, что в формировании рассматриваемой нами сущности принимает участие только электромагнитное поле)... Так вот, электрон — это некое локальное возмущение, похожее на волну, поскольку имеет в своей основе некий колебательный процесс. Однако в отличие от "обычной" — например, водной — волны, эта сущность, обладает рядом необычных свойств. Во-первых, она имеет более выраженные границы, за пределами которых степень её влияния на процессы, происходящие в мире, драматически падает. А не плавно затухает, как у водной волны. Во-вторых, она распространяется по прямой, а не как водная волна — во все стороны. В третьих, эта сущность не подвержена затуханию и, в отсутствие препятствий, будет двигаться бесконечно долго. Эти три свойства делают сущность, хотя и имеющую в своей основе колебательный процесс, похожей на частицу и придают ей корпускулярные свойства.

Далее. В момент прохождения через две щели (а чтобы возникла интерференционная картина, их ширина и расстояние между ними должны быть не произвольные, а вполне конкретные, рассчитываемые из длины волны, соответствующей электрону)... В момент прохождения через две щели, электрон, являющийся, как мы помним, в основе своей колебательным процессом, легко проходит через обе щели одновременно и испытывает дефракцию на краях щелей, после чего интерферирует сам с собой. И вот дальше начинается, на мой взгляд, самое интересное. Эта сущность, вследствие своего внутреннего устройства, начинает вести себя не так, как что-то, что мы можем видеть в макромире. В макромире аналогов этому поведению, пожалуй, нет. Сущность эта неделима. Она не может, пройдя, через щели, распасться на две волны, которые уйдут в разных направлениях, и никогда больше не встретятся. Вместо этого, сущность остаётся единым целым, но в результате интерференции приобретает новое направление. А вероятность того, какое именно направление будет выбрано, соответствует типичной интерференционной картине, ибо является результатом интерференции! Интерференции электрона с самим собой (из-за наличия двух щелей). Новое направление, видимо, соответствует максимуму интерференции в каждом конкретном случае. Вот почему, независимые электроны, разделённые по времени, пролетая через щели, в конце концов формируют на экране интерференционную картину. Направления, "выбранные" ими, распределяются так же, как распределяются максимумы интерференции при прохождении электронов, изначально летящих чуть разными траекториями, через щели.

И никакой суперпозиции, волновой функции, материализации, размазывания электрона по всей Вселенной и прочей казаустики и кабалистики!

В следующий раз в рубрике "Развенчание научных мифов" разберём квантовую запутанность.