классической физике исследуемый объект находится лишь в одном из множества возможных состояний. Он не может пребывать в нескольких состояниях одновременно, то есть нельзя придать смысл сумме состояний. Если я нахожусь в комнате, то меня, естественно, нет в коридоре. И я не могу одновременно выпрыгнуть в окно и выйти через дверь. Это нам всем понятно и согласуется со здравым смыслом.
Однако в квантовом мире имеет место совершенно другая ситуация. Любой квантовый объект не определен, он находится в суперпозиции возможных состояний. Это значит, что возможно наложение двух или большего числа состояний друг на друга без какого-то взаимного влияния.
Например, экспериментально доказано, что частица может одновременно проходить через две щели в непрозрачном экране. Частица, проходящая через первую щель – это одно состояние, а та же частица, проходящая через вторую щель – это другое состояние. Эксперимент показывает, что наблюдается сумма этих состояний или квантовая суперпозиция состояний.
Рассмотрим в качестве примера интересный эксперимент, описанный выдающимся американским ученым, лауреатом Нобелевской премии по физике Робертом Фейнманом в своих лекциях [9].
Двухщелевой эксперимент
Представьте себе, что у вас имеется источник ускоренных электронов (электронная пушка). На пути потока электронов находится экран с двумя щелями. За экраном стоит детектор – прибор для регистрации электронов, прошедших через щели. Поток электронов, проходя через щели, попадает на детектор. По результатам регистрации строится график распределения электронов по длине детектора.
Двухщелевой эксперимент
Если бы у нас была пушка не с электронами, а с мелкими ядрами, то мы увидели бы, что большая часть ядер, прошедших через щели, скапливается напротив этих щелей. С учетом некоторого рассеяния сумма ядер, зарегистрированных напротив щелей, будет равна количеству ядер, вылетевших из пушки.
В случае с электронами наблюдается совершенно другая картина. Из пушки идет поток электронов, а на детекторе фиксируется наложение волн (интерференция).
Вначале решили, что это явление вызвано взаимодействием электронов между собой на пути от электронной пушки к детектору. Было решено испускать электроны не пучком в большом количестве, а поодиночке, чтобы на всем пути от пушки до детектора каждый электрон не мог столкнуться с другим электроном.
И что же? Полученная картина не изменилась: на детекторе по-прежнему фиксируется интерференция волн. Получается, что электроны ведут себя не как материальные объекты, а как волны, проходящие одновременно через обе щели.
Тогда ученые поставили рядом с одной щелью счетчик электронов, чтобы узнать, сколько из них пролетело через первую щель, а сколько через вторую. И что вы думаете? Электроны стали вести себя как отдельно взятые материальные объекты, счетчик начал считать
