Привычные нам волны представляют собой распространение возмущений в пространстве заполненным каким-либо веществом.

Фотоны, электроны и прочие экземпляры микромира при движении в пространстве можно описать волновыми уравнениями, они по поведению лишь ПОХОЖИ на волну, но ни в коем случае волной не являются. Аналогично и с корпускулярной стороной материи: поведение частицы похоже на полет маленьких точечных шариков, но это ни разу не шарики.

Это нужно понять и принять, иначе все наши размышления будут в конечном счете приводить к поиску аналогов в макромире и тем самым пониманию квантовой физики придет конец, и начнется фричество или шарлатанская философия навроде квантовой магии и материальности мыслей.

Остальные ужасающие выводы и следствия из опыта Юнга мы рассмотрим позже в следующей части: неопределенность Гейзенберга, кошка Шредингера, принцип запрета Паули и квантовая запутанность ждут терпеливого и вдумчивого читателя, который еще не раз перечитает наши статьи и покопается в интернете в поисках дополнительной информации.

Всем спасибо за внимание. Приятной бессонницы или познавательных кошмаров!

Глава 11

Двухщелевой эксперимент

— Знаешь, что такое квантовая суперпозиция?

— Да нет, наверное.

Наконец, мы подошли к моменту истины! К знаменитой теме, которая делит людей на тех, кто искренне верует в квантовую магию и материальность мыслей, и тех, кто окончательно понимает, что с этой вселенной всё очень и очень плохо. В этой главе мы будем рассказывать про истинную сущность материи. И мы гарантируем, что ясности не добавим, но представление о том, как всё эпично и непредсказуемо, вы получите. Будет нелегко, товарищи, мы старались как могли, чтобы донести до простого человека, тяготеющего к гуманитарному мышлению, суть проблемы. Снова и снова предупреждаем о легкомысленности нашего повествования, о неточности и утрировании примеров и выводов. Но, согласитесь, хочется же разобраться? Задача этой главы: объяснить, почему фотон — это не частица и не волна, и мы методологически отбрасываем все ненужное и важное, лишь бы открыть читателям глаза на реальность, не данную нам в ощущениях.

Обращаем ваше внимание, что упоминаемые в главе события, открытия и эксперименты приводятся не в хронологическом порядке, а так, как нам захотелось. В целях усугубления читательского понимания, конечно же!

Итак, давайте проверим наши бытовые знания. Простой оскорбительный вопрос: что такое волна?

Ностальгический пример из детства — волна в луже возле родного подъезда. Мы бросали в воду камешки и зачарованно смотрели на расходящиеся круги. Волны в воде представляют собой колебания молекул этой самой воды. Вверх и вниз — все просто. У таких волн мы подмечаем их форму и поведение, а именно: амплитуду, частоту и длину. Полагаем, что читателям знакомы эти характеристики: амплитуда — это название того, как высоко поднимаются молекулы воды в волне, частота — скорость смены гребней и впадин волны, длина волны — расстояние между гребнями. Средняя морская волна имеет длину 150 метров, время которое пройдет между появлениями гребней — 10 секунд (значит частота: 1/10 или 0.1 Гц). С водой всё понятно. Кто не догнал — спускается во двор и кидает камешки в лужи, рассказывая старушкам на скамеечке о проблемах корпускулярно-волнового дуализма.

Теперь попробуйте ответить на вопрос, что является амплитудой, длиной и частотой для звуковой волны? Тоже пример из бытовой физики, но уже посложнее. Так сказать, слышали звон, но не очень уверены, какие у него характеристики.

Что ж, не будем томить, разгадка такова: в звуковой волне друг за другом «идут» участки уплотнения и разрежения воздуха (или той среды, где звук распространяется). Амплитуда здесь уже не физическая высота гребня, а разница между максимальной и минимальной плотностью. Для наших ушей амплитуда в общем случае означает громкость звука. Частота волны — скорость смены участков плотности. Человеки, как вид, слышат волны с частотой от 15 Гц до 20 000 Гц, и могут различать частоты по тону (высокий или низкий звук), например, нота Ля имеет частоту 440 Гц. Звуковая волна бывает и более низких частот — это инфразвук, и более высоких — ультразвук и гиперзвук. Обратим внимание, что по отношению к звуку волна — уже не натуральные гребни и впадины, а несколько иное физическое явление, описываемое волновыми характеристиками.

На заметку тем, кто читал главу про кванты: звуковая волна таки тоже квантуется, то есть существуют минимальные значения частот, слабее которых уже некуда. Квант звуковой волны называют фононом, и там у них тоже своя физика и жуткие формулы.

Кажется, здесь всё понятно. Следующий вопрос вы можете задавать своим знакомым или незнакомым, и это будет началом интересного спора, который иногда (ответственно заявляем) может дойти до рукоприкладства и вызова полиции.

Что является амплитудой, частотой и длиной для световой волны? Ну, или если быть точнее, раз у нас уже была про это глава, что из себя представляют характеристики электромагнитной волны?

Во времена дедушки Максвелла, который много сделал для того, чтобы подружиться с электромагнетизмом, на этот вопрос отвечали так. Существует какая-то неведомая сущность, представляющая собой сразу два совмещенных друг с другом поля: электрическое и магнитное. Поля почему-то испытывают колебания от максимального отрицательного значения до максимального положительного и тем самым создают все эти крутые электрические штуки типа притягивания мелких бумажек к расческе или искры от прикосновения к спящему котику.

Максвелл логично для тех лет предполагал, что, если есть волна, значит она распространяется в какой-то среде — например, мировом эфире. Менделеев предложил для эфира суперлегкий газ — ньютоний. А Фарадей, который был в теме, экспериментируя с электричеством дольше всех, засомневался в идее эфира, но умер, и его сомнения потомки не поддержали.

Так-то всё было почти готово, чтобы торжественно сойтись для понимания фундаментальных тайн мироздания: ученым оставалось описать природу эфира и заткнуть последние дыры в теории электромагнетизма.

Чтобы понять, какой такой волной является свет, ученые решили присмотреться к давешнему опыту Юнга. Помните, в предыдущей главе мы рассказывали про то, как свет проходил через две прорези в дощечке и давал на экране позади интерференционную картинку? Что, собственно, и привело испытателей к мысли о волновой природе света.

Внимание, сейчас будет отвлеченная, но очень важная информация насчет двухщелевого эксперимента. Когда в научпопе или еще где-то вы встречаете его описание в виде стрельбы электронами или фотонами по натуральным щелям, имейте в виду, что на самом деле это описание весьма утрированное и вымышленное. Большая часть «специалистов по квантмеху» в интернете воспринимает аналогию за чистую монету и пытается ее критиковать, выдвигая умопомрачительные гипотезы о том, как на самом деле объясняется двухщелевой эксперимент. Много суеты наводит пресловутый анимационный ролик с убедительным доктором в плаще супергероя, визуализирующий опыт со щелями. Несмотря на кажущуюся научность этого мультфильма, ролик является отрывком из абсолютно лженаучного фильма, втирающего населению про материальность мыслей, высших наблюдателей и прочей ерунде. Так вот, если вы нам доверяете, имейте в виду: настоящий эксперимент с интерференцией квантов производится сложнее и хитроумнее. А выводы из него несколько другие, нежели озвучиваются в большинстве научпоповских поделках. Мы тоже не лучше всего этого, но зато честные и стараемся исправиться.