По ту сторону звёзд. Глава 2. 3

Глава 2
ЦАРСТВО ХАОСА

2.3 Парадоксально безумный мир
Некоторые явления, происходящие в мире элементарных частиц, действительно кажутся просто невероятными. Физики шутят: “Или микромир сумасшедший, или мы сходим с ума, когда его изучаем”.
Рассмотрим два ярких парадокса субатомного пространства. Первый – это способность частицы, например того же электрона, проходить через два отверстия сразу. Мы уже немного обсуждали этот загадочный феномен. На рисунках 2 и 3 показано, куда попадут электроны в случае, если открыто только одно отверстие. Частицы окажутся в том месте на пластине, что напротив этого отверстия, то есть в точку 1 со штрихом (если открыто отверстие 1) или в точку 2 со штрихом (если открыто отверстие 2).
На самом деле, электроны можно найти не только в точках 1 со штрихом или 2 со штрихом. Они попадут и в другие, близкие к 1 со штрихом или 2 со штрихом. Это вполне типичная картина для частиц.
Самое таинственное начинается, когда открываются оба отверстия. Размер электронов очень маленький, меньше, чем 10 в минус 16-й сантиметра, а между отверстиями как минимум 10 в минус 8-й сантиметра, то есть размер атома. Выходит, отверстия разделяет расстояние, в сто миллионов раз большее, чем сам электрон! Поэтому-то и не понятно, каким образом такая маленькая частичка (к тому же, ещё раз подчеркнем,  неделимая!) проходит одновременно через два отверстия.
Были предположения, что, скорее всего, через отверстия проходили всё же два электрона, а не один. Поэтому экспериментаторы решили сделать эксперимент “более чистым”. Они уменьшили интенсивность вылетающих из источника электронов так, что в течение нескольких минут вылетала всего одна частица! И что же в результате они обнаружили? А обнаружили они то же самое: когда были открыты оба отверстия, со временем на пластине за ними снова появлялась интерференционная картина, как на рисунке 4 (глава 1.3). Это означает, что каждый электрон проходил сразу через два отверстия. Сомнений не было в том, что электрон интерферировал сам с собой. Но почему это происходило, оставалось непонятным. Были, конечно, попытки объяснить это странную особенность. Но все они оказались безуспешными. Это явление можно назвать одним из самых главных парадоксов квантового мира. Известный американский физик Ричард Фейнман писал: “Но мне кажется, я смело могу сказать, что квантовой механики никто не понимает”.
Другой парадокс наглядно продемонстрирован в эксперименте, схема которого изображена на рисунке 5 (вверху).
В этом эксперименте луч лазера сначала проходил через светоделитель – полупрозрачное зеркало, покрытое тонким слоем серебра, – который половину падающего на него света пропускает, а другую половину отражает. То есть, луч лазера расщеплялся на светоделителе на две части. Одна часть проходила через светоделитель, вторая отражалась. Затем обе половинки луча шли по разным путям. Первая проходила путь 1, где зеркало меняло вектор её распространения, направляя на детектор. А вторая шла по пути 2, где уже другое зеркало заставляло двигаться ее в сторону детектора.
Повторим: в эксперименте луч лазера расщеплялся на две половинки, и каждая, пройдя разный путь, попадала на детектор. В результате, на нём появлялась интерференционная картина, как результат сложения двух лучей.
Когда перекрывали какой-нибудь путь движения луча дополнительным детектором, то фотоны, исходящие из лазера, попадали только на какой-нибудь один детектор – или основной, или дополнительный. Фотоны, подобно частицам, двигались только по одному маршруту. Но когда дополнительный детектор убирали, на основном тут же восстанавливалась интерференционная картина. Это говорит о том, что каждый фотон, исходящий из лазера, подобно волне, расщеплялся светоделителем на две половинки. И каждая такая половинка шла дальше по одному из путей. Затем обе они встречались на детекторе и создавали интерференционную картину.
Получается, решили экспериментаторы, фотоны как-то “предчувствуют” тот факт, стоит на их пути дополнительный детектор или нет. Поэтому они решили “обхитрить” световые частицы. Для этого стали перекрывать путь фотонам уже после того, как они прошли через светоделитель, но до того, как они попадали на какой-нибудь детектор.
Что же в результате обнаружилось? А обнаружилось то, что фотоны по-прежнему были “хитрее” экспериментаторов. Если дополнительного детектора не было, они вели себя как волны и, как ни в чём ни бывало, двигались сразу по двум путям и интерферировали на детекторе. Если же появлялось препятствие, они летели, как частицы, только по одному маршруту и попадали на какой-нибудь один детектор.
Резюме. Экспериментаторы предполагали, что фотон, пройдя светоделитель, двигался или по одному пути, или сразу по двум. Но оказалось, что движение частицы можно выбирать по усмотрению экспериментаторов. Если они ставили дополнительный детектор, фотон как частица двигался только по одному пути. Если же экспериментаторы не перекрывали дорогу фотону, он как волна шёл сразу по двум путям и создавал интерференционную картину на основном детекторе. Фотон словно “предчувствовал”, как поступят люди!
Этот эксперимент вконец обескуражил экспериментаторов. Они никак не могли объяснить этот феномен. В результате назвали “манёвры” фотонов шизофреническими.
Сможем ли мы понять такое не поддающееся логике поведение частиц субатомного мира? На самом деле, всё легко объясняется, если предположить, что существует ещё один тип движения, принципиально отличающийся от обычного. Это дискретное движение.