Увесь сенс квантової фізики можна висловити однією чудовою фразою сера Артура Едінгтона: "Щось невідоме робить невідомо що".
Світло, кванти, частинки
Почнемо з визначення того, чим є світло. Офіційна точка зору говорить нам, що будь-яке випромінювання являє собою щось, що має подвійну природу: ми можемо одночасно виміряти потік частинок і визначити фізичні характеристики хвилі.
Коли вам кажуть, що світло - це частинки, просто усміхніться. Через дві секунди хоч трохи компетентний фізик скаже вам, що будь-які частинки виникають виключно в момент вимірювання. І то як ймовірність можливої події. Ні до, ні після вимірювання-події.
Ще в далекому 1801 році такий собі Томас Юнг провів свій перший в історії двощілинний експеримент і довів, що світло - це хвиля. Ні про які атоми, а тим більше частинки світла, він не думав.
Щоправда, за 100 років до того Ньютон випустив свою працю "Оптика", де пропагував корпускулярну теорію світла. Ні про яку хвилю він не писав.
Інакше кажучи, перед нами два абсолютно різні підходи, які намагалися пояснити одне й те ж явище. Вони існували незалежно один від одного. І тільки квантова механіка, з огляду на революційні відкриття кінця 19 - початку 20 століть, спробувала об'єднати несумісне.
Але... проблема в тому, що Томас Бор, засновник квантової теорії, взяв за основу ньютонівський підхід і математику Джеймса Максвелла. Просто тому, що вона вже була перевірена термодинамікою і була йому, скажімо так, психологічно комфортною.
Протилежний, айнштайнівський підхід, через деякий час був відкинутий. І не тому, що великий німець не зміг довести свою точку зору, а тому, що науковці взяли вже готові "модульні" рішення.
Далі питання техніки: головне - не результат досвіду, головне - інтерпретація цього досвіду. І його універсалізація у вигляді фізичних законів.
Юнг проти Ньютона
Повернемось до Юнга. Британець запропонував альтернативну теорію, яка не була визнана. Своєрідний бунт проти Ньютона провалився: за словами вченого, він не зобов'язаний вірити в застарілі підходи, а тим більше вважати творця хвильової концепції непогрішним.
Однак минуло ще 100 років, перш ніж експеримент із двома щілинами визнали класичним. Зійшлися на тому, що якщо ви спрямуєте промінь світла на стіну, то побачите розмиту пляму.
Далі виникає проблема інтерпретації: якщо світло складається з частинок, тобто з маленьких окремих кульок (так раніше уявляли собі атоми), то вони спокійно пройдуть крізь обидві щілини і залишать після себе дві смуги. З чого це? Подряпали?
Природно, на практиці все набагато складніше. Замініть світло на воду, і побачите той самий ефект інтерференції. Далі виникає проблема віри: або ви визнаєте світло матеріальним з аналогічними воді властивостями; або математично описуєте хвилю без пояснень її фізичної природи; або вказуєте на існування потоку частинок, які розсіюються і тим самим створюють інтерференцію.
Однак, строго кажучи, двощілинний експеримент не доводить двоїсту природу світла. Він лише вказує на ефекти, які ще належить пояснити. По суті, цей дослід - провальний з академічного погляду: він ставить ще більше запитань, ніж надає релевантних відповідей.
Звісно, ми можемо описати водні процедури. Наприклад: коли хвилі у фазі, то горбики потрапляють на горбики, виходить ще більший горбик; западина на западину, виникає глибша западина. Коли горбик потрапляє на западину, то вони нівелюють один одного - ми бачимо "плоску" поверхню води.
Але все вищесказане стосується тільки води. Сенс наукового консенсусу в тому, що коли ми пропускаємо світло через обидві щілини, воно поводиться як вода. Нам так звичніше вважати.
Провальний експеримент
Тепер поговоримо про вічну суперечку Айнштайна і Бора: експериментувати чи рахувати? Усе почалося з Макса Планка, який провів досліди з чорним тілом. Він довів наявність енергії, яка випромінюється дискретно, певними порціями.
Що є джерелом і носієм такої енергії - з досліду незрозуміло. Однак Планк назвав мінімально можливі порції такої енергії "квантами". Звідси й пішла квантова фізика.
Водночас для Планка весь його експеримент був математичним трюком, що пояснює побачене. І квант тут, швидше, умовна математична категорія, ніж фізична реальність. Тим паче частинка, із сукупності яких нібито складається світло.
Тобто Макс Планк придумав математичний формалізм, який і склав фундамент квантового підходу: якщо щось відтворюється у формулах, то це щось існує реально. Так виник прообраз "частинки" поза простором атома.
А в 1920 році з'являється Копенгагенська інтерпретація. Вона-то якраз стверджує, що квант перебуває не в якомусь певному положенні або стані, а у всіх можливих позиціях, станах і положеннях одночасно.
Чому?
Тому що для вимірювання потрібна частинка, якої... немає. Але вимірювати щось потрібно. Звідси ще більше ускладнюємо картинку: з'являється ймовірність-подія-частинка. І лише у формулах і на папері, - на чому наполягав Томас Бор.
По суті ж елементарна частинка - це поширення хвилі. Не сама хвиля як така. І не те, що виробляє хвилю. Хоча фізики постійно говорять про масу частинок, які нічим не відрізняються від визначення рівня мінімально можливого енергопотоку.
Не сперечайтеся: вам представлять знамениті Е=МС2, а масу виміряють в електровольтах. Показниками, характерними для хвилі. Просто тому, що частинок об'єктивно немає, а те, що з'являється в результаті вимірювання, далі ефектів для стороннього спостерігача не поширюється.
