Дедалі частіше кажуть, що концепція частинок, створена в Копенгагені, більше не дійсна. Однак проблема в тому, що нам потрібно зрозуміти, що таке частинка у квантовій механіці.
Точніше, чим вона не є. Це не мініатюрне гарматне ядро. Це і не класична хвиля, наприклад, звукова. "Дуалізм хвиля-частинка" - красивий літературний вираз, не більше того.
Можливо, він має точний математичний зміст, але якщо ви спробуєте на його основі зрозуміти, що таке частинка, ви заплутаєтеся. Фізичної складової у квантовій механіці немає.
Припустимо, електрон - це частинка. Що це означає? Якби це було мініатюрне гарматне ядро, воно мало б чітко визначене положення. Але в електрона його немає. Ні, справа не в нашій нездатності виміряти положення електрона. Він дійсно не має положення, за винятком рідкісних випадків, коли він взаємодіє зі... "спостерігачем". Ну, не зовсім так. Оскільки "спостерігач", здається, має на увазі свідомого експериментатора.
Хоча знову ні. "Спостерігачем" може бути людина, кішка, відеокамера, прилад... можливо, навіть цегла. "Спостерігач" - це щось, що не описується правилами квантової фізики, просто через те, що він складається зі стількох елементарних частинок, що всі ці квантові дивацтва усереднюються. Але водночас він перебуває в самій квантовій системі, - інакше втрачається весь сенс "спостереження".
Чому усереднюється? Ну, тому що з'являється шукана "хвильова" частина. Електрон така сама "хвиля" - або не хвиля - як і мініатюрне гарматне ядро. Більшу частину часу він не має чітко визначеного положення.
Між заданим початковим і заданим кінцевим положенням він проходить усі можливі шляхи. Кожен із цих шляхів має так звану амплітуду, пов'язану з ним. Ці амплітуди, подібно до хвиль світла, іноді підсумовуються, іноді віднімаються одна від одної, взаємно анулюючи потенційні виміри.
У підсумку більшість імовірних положень мають зникаючі амплітуди, пов'язані з ними. Трохи схоже на хвильову оптику: хвилі світла є скрізь, але майже скрізь вони гасять одна одну, залишаючи нам єдину яскраву пляму там, де лінза фокусує світло.
Це і є звичайна квантова механіка. Але у звичайної квантової механіки є обмеження. Вона каже нам, де знайти частинку. Однак вона не говорить нам, як частинки взаємодіють і, зокрема, як частинки створюються і знищуються. Для цього нам потрібно піти далі, у царину квантової теорії поля.
Візьмемо електромагнетизм. Його фундаментальним об'єктом є електромагнітне поле. Це класична фізика 19 століття. У квантовій теорії, як ми працюємо з електромагнітним полем? Для початку розкладаємо на елементарні синусоїдальні хвилі (за допомогою знаменитого перетворення Фур'є).
Кожна з цих синусоїдальних хвиль може бути оброблена за допомогою звичайної квантової механіки, оскільки СВ - це те, що роблять "гармонійні осцилятори". А ми знаємо, як із ними працювати у квантовій механіці.
Квантові гармонійні осцилятори мають окремі енергетичні рівні. У них не може бути проміжних значень. Тому, повертаючись до поля, кожна з цих синусоїдальних хвиль матиме окремі "збудження". Вони-то і працюють як частинки!
Вище йшлося про те, що електрони проходять не один шлях, а всі можливі шляхи між заданими початковою і кінцевою точкою. Виявляється, ця безліч шляхів математично еквівалентна квантованим синусоїдальним хвилям у теорії поля.
Таким чином, два різні способи осмислення проблеми приводять до однієї й тієї самої моделі: квантоване поле, його квантовані збудження поводяться відповідно до правил квантової механіки, які ми придумали "зі стелі".
І продовжуємо гратися в частинки-хвилі-збурення.
