Представьте, что у вас в руке шар, который становится шаром для боулинга только в том случае, если вы на него смотрите. Если посыпать тальком дорожку и запустить такой «квантованный» шар по направлению к кеглям, то он будет оставлять прямой след только тогда, когда вы на него смотрели. Но когда вы моргали, то есть не смотрели на шар, он переставал чертить прямую линию и оставлял широкий волнистый след, наподобие зигзагообразного следа, который оставляет змея на песке пустыни.

Физик Ник Герберт говорит, что иногда ему кажется, что за его спиной мир «всегда загадочен и неясен и представляет собой беспрерывно текущий квантовый суп». Но когда он оборачивается и пытается увидеть этот «суп», его взор «замораживает» содержимое «супа», и видится лишь привычная картина. Герберт считает, что мы немного похожи на легендарного Мидаса, который, согласно греческому мифу, был наделен Дионисом способностью обращать в золото все, к чему прикоснется его рука. «Человеческому постижению недоступна истинная природа „квантовой реальности“, – говорит Герберт, – поскольку все, к чему бы мы ни прикоснулись, превращается в материю» [6].

Все это означает, что классический идеал объективного описания природы отошел в прошлое. Человек-наблюдатель представляет собой конечное звено в цепи процессов наблюдения, и, воспринимая свойства любого объекта атомной действительности, следует обязательно учитывать взаимодействие последнего с наблюдателем.

Именно от исследователя зависит, как будет вести себя электрон в эксперименте: если прибор предназначен для измерения волны, электрон в эксперименте ведет себя как волна. Если используется прибор для изучения частицы, то электрон ведет себя как частица.

Более того, обнаружилось, что одна и та же частица одновременно может находиться в состоянии А и не-А. Речь идет о суперпозиции состояний или о наложении их друг на друга.

В 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].

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 частицы, а волновая интерференционная картина исчезла. Вот что представляет собой микромир.

Этот эксперимент явился серьезным ударом по материалистической картине бытия, неотъемлемым атрибутом которой являлся постулат о существовании независимого от наблюдателя внешнего мира.