Техника - молодёжи 2008-09, страница 15

www.tm-magazin.ru /ЭВМ/

а частично пройдёт. А вот частицы, раз они неделимые, должны либо отражаться, либо проходить. Когда в отражённом пучке сработает счётчик, то, естественно, в прошедшем пучке никакой частицы не будет.

Легко видеть, что если свести прошедший и отражённый пучки вместе и направить их на экран, то... всё зависит от того, как мы рассуждаем. С позиции волн будет наблюдаться интерференционная картина, а с позиции частиц она не получится. На деле же интерференционная картина экспериментально наблюдается даже для одиночных фотонов, то есть наши рассуждения, мягко говоря, неверны.

Чтобы человек не мучился вопросом, как всё это может быть, лучше всего запретить ему думать об этом. Это и делается в современной физике с помощью принципа дополнительности. Он позволяет задавать природе только такие вопросы, на которые можно получить экспериментальные ответы. Когда ищут частицу, то отказываются от наблюдения интерференционной картины, и наоборот. Вот если бы мы могли знать из эксперимента, прошла или отразилась частица, и одновременно наблюдать интерференционную картину, тогда бы мы знали, «как ведёт себя частица на самом деле». Но это сделать макроприборами нельзя.

Принцип дополнительности делает квантовую физику описательно неприступной. Имеется множество экспериментов, которые мы просто не в состоянии объяснить, не считая волновую функцию именно волной, воздействующей на целую область, а не частицами, находящимися, «возможно, здесь, возможно, там», как было бы с чисто вероятностной точки зрения. Другими словами, волна действует одновременно по всей покрываемой ею области, а не «либо здесь, либо там», иначе никакой интерференции не получится.

В конце концов мы должны признать, что запреты принципа дополнительности имеют в своей основе философию бессилия, и роль этого принципа, по-види-мому, аналогична роли теплорода, флогистона и прочих отмерших понятий.

Зададим вопросы, которые запрещает задавать принцип дополнительности. Что это за волна электрона? Как электрон ведёт себя «на самом деле, когда на него никто не смотрит»? Как он умудряется пройти через потенциальный барьер, если его энергия меньше высоты барьера (туннельный эффект)? Как ему, неделимому, удаётся пройти одновременно через две щели, разделённые гигантским по

сравнению с его размерами расстоянием? Как устроен атом водорода в наинизшем энергетическом состоянии (s-состояние)? Как вероятностная трактовка волновой функции может следовать из математического формализма теории? Почему существующая квантовая механика обратима? Это первичный фундаментальный закон, и необратимость должна следовать из него, чтобы устранить парадоксы в статистической механике.

Наконец, как устроен сам электрон, эта описываемая вероятностями точка?

Вот такой комплекс загадок. Все (или почти все) физики сдались перед ним и даже предпочитают об этом не говорить. Но находятся и такие, которые говорят. Например, Поль Ланжевен называл формулировку квантовой теории с принципом дополнительности «интеллектуальным развратом».

В физике существует направление, оно восходит к Клиффорду, Эйнштейну и Луи де Бройлю, в котором частица представляется в виде сгустка (волнового пакета) некоторого единого поля. Наиболее ясно цель направления можно выразить словами самого Эйнштейна: «Мы могли бы рассматривать вещество как такие области пространства, где поле чрезвычайно велико. С этой точки зрения брошенный камень есть область чрезвычайной интенсивности поля, которая перемещается со скоростью камня. В такой новой физике не было бы места для вещества и поля, так как единственной реальностью было бы поле,... а законы движения автоматически вытекали бы из законов поля».

Э. Шредингер, когда у него появилась идея рассматривать частицу как волновой пакет де-бройлевских волн, писал, что был три месяца счастлив.

Но беда всех этих попыток (Шредингер, Луи де Бройль и др.) состояла в том, что частицу всегда пытались построить из де-бройлевских волн, которые имеют такую дисперсию, что любой волновой пакет расплывается, размазывается по всему пространству. Введение нелинейности (Луи де Бройль) только чрезвычайно усложнило задачу, но не привело к решению проблемы.

Решающее отличие УКТ состоит в том, что она описывает частицу как сгусток некоторого реального мирового поля, а не структуру из волн вероятностей де Бройля.

Чтобы как-то «подглядывать» за поведением частиц, которые мы считаем очень малыми сгустками поля, представим себе гипотетического наблюдателя (ГН), способного измерять

параметры поля от пролетающих частиц с помощью гипотетического же микрозонда. Результатом измерений будет некоторая структурная функция, которая в УКТ описывает сгусток поля, состоящий из реального поля. Понятно, что такой ГН и микрозонд существовать не могут, зато наши мысленные эксперименты будут максимально простыми.

Любой волновой пакет, который описывается «приличной» структурной функцией, может быть с помощью преобразования Фурье разложен на плоские синусоидальные (парциальные) волны. Этих волн бесконечно много, а их амплитуда бесконечно мала. Если их сложить вместе, они везде дадут ноль, кроме области, занимаемой структурной функцией. Так что структурную функцию можно записывать либо как функцию времени (временное представление), либо как функцию амплитуды гармонических составляющих в зависимости от частоты (спектральное представление). Это совершенно эквивалентные математические представления.

Если выбрать дисперсию этих парциальных волн так, чтобы она была линейной, то на этой основе можно получить фантастически любопытный

13