Бесплатный фрагмент - Об иллюзии неопределённости квантового мира

Иллюзия — это обман чувств, нечто кажущееся, то есть искажённое восприятие реально существующего объекта.

Толковый словарь

«Я показал людям Путь,

а как они его пройдут —

уже не в моей власти».

Владимир Зворыкин, изобретатель телевидения

Введение

Чем же на самом деле является принцип квантовой неопределённости? Очевидно, что связан он с тем, что экспериментаторы при изучении квантового мира, состоящего из крошечных элементарных частиц, сталкиваются со множеством не учтённых параметров, которые при их более тщательном выявлении могут быть успешно описаны обычными законами классической физики.

Об одном из таких сенсационных экспериментов квантовых физиков, наделавшим много шума в средствах массовой информации, который на самом деле был поставлен не надлежащим образом — без проведения дополнительных контрольных опытов, я и хочу рассказать вам в данном сообщении.

Поэтому, прежде чем отвечать на вопрос: «Представляет ли собой реальность космический суп из нелокализованной энергии и есть ли место мистики в квантовой физике?» — давайте рассмотрим этот эксперимент более подробно.

Как частицы материи создают интерференционный узор словно волны?

По опросу крупнейших физиков, проведенному газетой The New York Times, опыт с дифракцией электронов, поставленный в 1961 году под руководством Клауса Йенсона, стал одним из красивейших в истории мировой науки. И в чём же заключается его суть?

Физиками был проведён эксперимент по пропусканию мельчайших частиц материи — электронов через небольшую щель медной пластины. При этом на фиксирующем экране (состоящим из фотопластины) при прохождении потока этих элементарных частиц, высветилась одна линия, соответствующая контурам прорезанной щели.

Но затем физики усложнили этот эксперимент и пропустили электроны через две щели пластины. При этом на фиксирующем экране (в течении одного часа) вместо двух ожидаемых линий — неожиданно выявился сложный волновой узор, состоящий из множества линий.

По полученным результатам у экспериментаторов возник вопрос: «Как частицы материи создают интерференционный узор словно волны?»

Первоначально физики предположили, что возможно электроны отталкиваются друг от друга и создают подобный узор. Поэтому они решили выпускать эти элементарные частицы по одной, чтобы исключить их взаимодействие их друг с другом. Но через некоторое время на экране опять появился уже знакомый интерференционный волновой узор, состоящий из множества отдельный линий.

Тогда они сделали предположение о том, что один электрон вылетает, как частица, затем он приобретает свойства волны и проходя одновременно сквозь обе щели, и взаимодействуя сам с собой, отражается на экране как частица.

Но попытавшись отразить свои теоретические предположения с помощью математических формул они пришли к ещё более парадоксальным выводам о том, что если электрон одновременно проходит сквозь обе щели, то с той же долей вероятностью он не проходит ни через одну из этих щелей.

В дальнейшем экспериментаторы решили посмотреть, через какую же щель отдельные электроны проходят на самом деле? Для этого они установили измеряющий прибор возле одной из щелей и стали выпускать отдельные электроны.

При этом на фиксирующем экране был зарегистрирован узор, состоящий только из двух полос, а не регистрируемый ранее сложный волновой узор состоящий из множества полос.

Такой неожиданный ход эксперимента они уже не могли объяснить иначе, как мистикой, так как будто электрон знал, что за ним наблюдают и поэтому повёл себя совсем иначе, как материальная частица, проходящая только сквозь одну из щелей.

И у экспериментаторов возникло уже множество новых вопросов, на которые они не могли найти ответа: «Что есть материя — частицы или волны? И волны чего? И при чём же тут наблюдатель?»

Так по результатам проведенного эксперимента они высказали новое предположение: «наблюдатель разрушил волновую функцию просто самим фактом своего наблюдения!»

Я полагаю, что данное предположение является очень спорным, а полученные результаты этого эксперимента могут быть объяснены обычными законами классической физики без привлечения потусторонних мистических сил и исключением ложных предположений о том, что «будто электрон знал, что за ним наблюдают и поэтому повёл себя совсем иначе» и что «наблюдатель разрушил волновую функцию просто самим фактом своего наблюдения!»

Анализ проведённого эксперимента

При осуществлении любого эксперимента необходимо проводить контрольные опыты, чтобы постараться полностью исключить ложную интерпретацию полученных результатов. При этом следует рассмотреть как можно больше различных вариантов поставленного эксперимента, чтобы на основе их составить более реалистичную картину происходящих событий.

Давайте рассмотрим вышеприведенный эксперимент более подробно.

В данном опыте использовались потоки элементарных частиц, образуемые электронами.

Как известно, электрон является стабильной отрицательно заряженной элементарной частицей, движущейся в пространстве с релятивистскими (или околосветовыми) скоростями по траекториям, искривлённым магнитным полем в виде электромагнитной волны.

Поток электронов движется по сложной траектории, которая может быть представлена в виде вращающейся вдоль своей оси синусоиды (волны). При этом, если разместить фиксирующий экран в непосредственной близости от элекронно-лучевой трубки, то на нём будет отражена небольшая светящаяся точка, которая по мере удаления данного экрана от источника электронов будет постепенно увеличиваться в диаметре.

Поэтому движение каждого электрона в лучевом потоке не является хаотичным или неопределённым, а может быть отражено с помощью законов и соответствующих формул из классической физики.

Если мы вместо потока этих элементарных частиц будем испускать отдельные электроны, то на фиксирующем экране будут появляться лишь отдельные светящиеся точки, расположенные в диаметре круга, величина которого может изменяться по мере его удаления или приближения к источнику электронов. При этом радиус данного круга будет соответствовать величине гребня волны синусоиды, вращающейся вдоль своей оси.

И хотя эти светящиеся точки периодически появляются на разных участках фиксирующего экрана, но их движения также не является хаотичным, а подчинено строгим законам классической физики, так как они отображаются лишь в той части экрана, на которую попадает летящий по сложной траектории каждый отдельный электрон, как бы извлечённый из общего лучевого потока.

Если между источником электронов и фиксирующим экраном поставить медную пластину с небольшой щелью, то на экране высветится только одна полоса, которая и будет соответствовать контурам данной щели, через которую пройдет лишь небольшой поток электронов, а все другие электроны из общего потока будут задержаны данной пластиной.

Если же пропускать электроны через две щели, то на фиксирующем экране вместо двух ожидаемых линий выявился сложный волновой узор, состоящий из множества отдельных линий.

Так как по полученным результатам у экспериментаторов возник вопрос: «Как частицы материи создают сложный интерференционный узор словно волны?», то физики предположили, что возможно электроны отталкиваются друг от друга и тем самым и создают подобный узор. Поэтому они решили выпускать эти элементарные частицы по одной, чтобы исключить их взаимодействие их друг с другом. Но через некоторое время на фиксирущем экране опять появился уже знакомый сложный волновой узор, состоящий из множества отдельный линий.

Тогда они сделали новое предположение о том, что один электрон вылетает, как частица, затем он приобретает свойства волны и проходя одновременно сквозь обе щели, и взаимодействуя сам с собой, отражается на экране как частица.

В дальнейшем экспериментаторы решили посмотреть, через какую же щель отдельные электроны проходят на самом деле? Для этого они установили измеряющий прибор возле одной из щелей и стали выпускать отдельные электроны.

При этом на фиксирующем экране был образован узор, состоящий только из двух полос, а регистрируемый ранее интерференционный волновой узор состоящий из множества полос необъяснимо от чего исчез.

И у экспериментаторов возникло уже множество новых вопросов, на которые они так и не могли найти ответа: «Что есть материя — частицы или волны? И волны чего? И при чём же тут наблюдатель?»

Такой неожиданный ход эксперимента они уже не могли объяснить иначе, как мистикой, так как будто электрон знал, что за ним наблюдают и поэтому повёл себя совсем иначе, как материальная частица, проходящая только сквозь одну из щелей.

А в дальнейшем по результатам проведенного эксперимента они высказали уже новое предположение: «наблюдатель разрушил волновую функцию просто самим фактом своего наблюдения!»

Но можно ли на основании лишь полученных результатов делать предположение о том, что данное явление связано с какой-то «мистикой» и что «наблюдатель разрушил волновую функцию просто самим фактом своего наблюдения?»

Я полагаю, что для подтверждения или же опровержения высказанной теории необходимо провести несколько дополнительных КОНТРОЛЬНЫХ опытов.

Как следует из описания хода эксперимента, регистрируемый ранее сложный волновой узор, состоящий из множества отдельных полос образуемых при испускания отдельных электронов, исчез лишь после того, как они установили измеряющий прибор возле одной из щелей пластины и тогда на фиксирующем экране высветились только две полосы.

При этом уместно задать вопрос: «А как конфигурация инородного тела, помещенного в непосредственной близости от летящего потока электронов, отразилась на самом ходе данного эксперимента?»

Для ответа на поставленный вопрос необходимо вместо измеряемого прибора поместить на то же место другой инородный предмет, ни как не связанный с измеряемыми параметрами, но имеющий соответствующую конфигурацию, как и у измеряемого прибора.

В случае аналогичного исчезновения множества полос на фиксирующем экране, при испускании на него отдельных электронов через две щели в ходе поставленного КОНТРОЛЬНОГО эксперимента, уже отпадёт надобность связывать данное явление с какой-то «мистикой» и уж тем более делать ни чем не обоснованные выводы о том, что «наблюдатель разрушил волновую функцию просто самим фактом своего наблюдения».

Но тогда уже потребуется более расширенное толкование поставленного эксперимента для ответа на тот же вопрос: «Как конфигурация инородного предмета, помещенного в непосредственной близости от потока отдельных электронов, может оказывать влияние на ход проводимого эксперимента?»

Для ответа на данный вопрос следует поставить несколько новых контрольных опытов, в каждом из которых указанный инородный предмет будет удаляться на определённое небольшое расстояние от летящего потока отдельных электронов.

Очевидно, что на определённом его удалении от данного потока электронов, на фиксирующем экране вновь появится сложный волновой узор, состоящий из множества отдельных полос.

Тогда можно будет сделать следующее предположение о том, что конфигурация инородного предмета, помещенного в непосредственной близости от потока отдельных электронов, послужила резонирующей поверхностью, нарушившей ход ранее проводимого эксперимента.

И уже на основании данных выводов можно будет сделать новое предположение, что каждый отдельный электрон в электромагнитном потоке, при прохождении им пространства между лучевой трубкой и фиксирущим экраном, образует вокруг себя какие-то невидимые волны, не затухающие определённое время после его прохождения. Именно эти волны и формируют на фиксирующем экране сложный волновой узор, состоящий из множества отдельных полос.

Для проверки данного предположения следует поставить несколько новых контрольных опытов, в каждом из которых будут постепенно удлиняться интервалы между испусканием отдельных электронов, но при этом, до завершения каждого контрольного опыта, величина указанного интервала будет постоянной.

Очевидно, что при определённом увеличении интервала между испусканием отдельных электронов, на фиксирующем экране также произойдёт исчезновение сложного волнового узора, состоящего из множества отдельных полос.

На основе анализа полученных результатов удастся определить, какое время сохраняется шлейф волны (образуемой после прохождения каждого отдельного электрона), который может оказывать своё влияние на ход проводимого эксперимента.

Далее необходимо будет определить природу этих волн, которые при их отражении от поверхности инородного предмета, нарушили ход проводимого эксперимента, что можно будет установить с помощью соответствующих физических приборов.

Возможно, что каждый отдельный электрон в потоке, наряду с электромагнитными волнами, способен также образовывать и очень слабые звуковые волны, которые при определённых условиях могут оказать своё дополнительное влияние на ход данного эксперимента.

Как мы видим, что при более тщательном анализе вышеприведенного эксперимента и постановке целой серии контрольных опытов — могут быть получены дополнительные результаты, на основе которых появится возможность составить более реалистичную картину происходящих событий, а не делать достаточно спорные выводы о какой-то «мистике» и уж тем более о том, что «наблюдатель разрушил волновую функцию просто самим фактом своего наблюдения»…

А чтобы получить новые сведения по этому эксперименту я бы рекомендовал осуществить ещё и другие дополнительные контрольные опыты.

Прежде всего необходимо измерительные датчики, фиксирующие прохождение электронов сквозь каждую отдельную щель медной пластины, разместить иным образом, не влияющим на образование сложного волнового узора, состоящего из множества отдельных полос.

Далее на одной из сторон медной пластины, находящейся между источником отдельных электронов и фиксирующим экраном, закрепить на шарнире другую пластину, при этом в каждом новом контрольном эксперименте постепенно изменять угол её наклона (по отношению к потоку электронов) от 180 до 90 градусов.

Очевидно, что находящаяся на шарнире вторая пластина, при определённых углах её наклона, также может послужить отражающей поверхностью волны, испускаемой летящим электроном, что даст дополнительные сведения о её характеристике.

В следующем эксперименте необходимо разместить напротив друг друга два фиксирующих экрана, которые имеют в центре небольшое отверстие, через которое будут испускаться два встречных потока электронов. При этом на основе данной экспериментальной платформы следует провести серию новых контрольных опытов.

Первоначально необходимо направить друг на друга встречные непрерывные потоки электронов и полученные при этом результаты отразятся на каждом из фиксирующих экранов.

Далее следует направлять встречные потоки отдельных электронов, при этом в каждом новом эксперименте следует увеличивать интервалы между ними.

Затем между встречными потоками отдельных электронов поместить пластину с одной щелью и повторить данную серию опытов, в каждой из которых будут увеличиваться интервалы между испусканием отдельных электронов.

После этого аналогичные опыты необходимо осуществить с пластиной, имеющей две щели, на одной из сторон которой будет закреплена на шарнире другая пластина, постепенно изменяющая свой угол наклона в каждой серии аналогичных опытов.

В случае подтверждения предположение о том, что появление множество отдельных полос на фиксирующем экране связано с явлением резонанса — необходимо будет ответить на вопрос: как окружающая воздушная среда влияет на ход этого эксперимента?

Если повторная постановка данного опыта в вакуумной камере также отрицательно повлияет на его ход после откачивания из неё воздуха, то тогда следует поставить новую серию контрольных опытов, чтобы ответить на вопрос — связано ли данное явление с акустическими волнами, распространяемыми в воздушной среде, или же с квантовыми флуктуациями микромира.

Всё это позволит собрать как можно больше сведений по каждому из осуществлённых опытов и на их основе составить более реалистичную картину происходящих событий.

.