Дуализм или Другая научная картина мира (часть 7)

Нобелевский блеск одних ослепляет разум других. Пусть это утверждение не покажется голословным…

Очень часто мы рассуждаем дихотомически. В чем это проявляется? В однозначном выборе из двух взаимоисключений, присваивая им смысл: «истинное» и «ложное».  При этом мысленно сваливаем на одну чашу весов все признаки, якобы,подтверждающие «истинное», и на другую – все признаки, относящиеся, как нам кажется, к «ложному». Хотя, если внимательно разобраться, то среди тех и других можно найти признаки иных альтернатив, которые могли бы конкурировать за право существования. А возможно, именно среди них и находится верное решение. Иначе говоря, так называемая ложная дихотомия вынуждает нас мыслить бинарно: только «да» или только «нет», заставляя упускать какие-то возможности в рассуждениях. Иногда нам ошибочно кажется, что это конкретность мышления. Может быть и конкретность, но не требуемая гибкость. Но это отвлечение от заданной темы разговора. Вернемся к «нобелевскому блеску»…

Человек, обладавший недюжинным умом и талантом, лауреат многочисленных наград и премий, внесший значительный вклад в теоретическую физику, известный американский ученый Ричард Филлипс Фейнман, рассуждая о квантово-волновой дуализме,  проводит мысленный эксперимент.Эксперимент должен пояснить квантовое поведение электрона. «Мы выбрали для анализа такое явление, которое невозможно, совершенно, абсолютно невозможно объяснить классическим образом. В этом таится сама суть квантовой механики». Коротко напомнимсущество эксперимента, опирающегося на две вспомогательные модели. В первой модели частицу представляет дискретная пуля, во втором – волны на поверхности воды.

В короткой статье мы не сможем подробно рассмотреть все детали (в «Ином понимании» этот материал рассматривается в двух главах), выделим лишь важное. Результат опыта со стрельбой из пулемета. –Черездва отверстия в преграде пули достигают  стенки порциями, вероятность их попадания складывается без интерференции. Другое дело с водой. Волны на поверхности воды также преодолевают препятствие с отверстиями. Но за препятствием между ними возникает интерференция. Это вспомогательные эксперименты. Основной мысленный эксперимент с электронами, выстреливаемыми электронной пушкой. Вывод, который следует из третьего эксперимента: «электроны приходят порциями, подобно частицам, а вероятность прибытия этих порций распределена так же, как и интенсивность волн. Именно в этом смысле электрон и ведет себя «отчасти как частица, отчасти как волна».

Каков результат этих рассуждений? Ни много, ни мало – основа квантовой механики – принцип неопределенности!«Полная теория квантовой механики, которой мы в настоящее время пользуемся для описания атомов, а значит, и всего вещества, зависит от правильности принципа неопределенности… Но если когда-нибудь удастся «разгромить» принцип неопределенности, то квантовая механика начнет давать несогласованные результаты и ее придется исключить из рядов правильных теорий явлений природы».Достаточное смелое утверждение Р. Фейнманаподкрепляется его следующим заявлением:  «Никто в мире несможет вам «объяснить» ни на капельку больше того, что «объяснили» мы.Никто не даст вам никакого более глубокого представления о положениивещей. У нас их нет, нет представлений о более фундаментальной механике,из которой можно вывести эти результаты».

А если все-таки попробовать? Обратим внимание на движение дискретных элементов этого мысленного эксперимента – полет все тех же «пуль из пулемета». Оказывается, они способны создавать «интерференционную картину» за препятствием с отверстиями! Действительно, если просто «ловить» пули ящиком с песком (детектором), это осознать трудно. Но рассмотрим природу явления. Чтобы проще было рассуждать без схем и рисунков, ограничимся плоскостью, в которой находится срез ствола (траектория пули) и отверстия в препятствии на пути к стенке, на которой регистрируются следы попаданий.

Наш ствол нацелен на точку в центремежду отверстиями. Именно туда и должны ложиться все результаты нашей стрельбы. Но это теоретически. Практически существует разброс, который заставляет пули смещаться от оси стрельбы вправо или влево, распределяясь по нормальному закону. Большинство пуль увязнет в перегородке. Но часть пуль за счет отклонения все-таки попадет в отверстия и достигнет регистрирующей стенки. Если бы пули проходили отверстие «идеально», не касаясь его стенок, то за преградой на регистрирующей плоскости было бы два одинаковых пятна точно напротив отверстий. Однако существует вероятность, что пролетающая отверстие пуля в какой-то мере зацепит стенку отверстия и отклониться в сторону. По этой причине на регистрирующей стенке пятно «расползется» в стороны все по тому же нормальному закону (если более точно, отражаясь от стенок отверстиявлево и вправо, пули будут зеркально отклоняться по закону распределения Вейбулла, но в сумме это можно аппроксимировать нормальным распределением).

И вот здесь мы подходим к основному моменту нашего мысленного эксперимента. Дело в том, что пули вырываются из ствола поочередно, с заданным интервалом (если это электронная пушка, а не пулемет – все равно существуют последовательность порций – электроны, вылетевшие раньше и позже). В результате того, что между выстрелами (порциями) существует интервал задержки, и некоторые пули могут значительно отклониться в сторону от стенки отверстия, то существует вероятность столкновения ранее выпущенной пули с пулей, движущейся следом. Для этого необходимо, чтобы они прошли через разные отверстия и их пути пересеклись за преградой. Казалось бы, что такая вероятность столкновения мала, но она не равна нулю. При большом количестве пуль (при длительной стрельбе или для электронной пушки) количество отклонений становится настолько велико, что это отражается на регистрирующей стенке в виде чередующихся темных и светлых полос (возникают дискретные зоны столкновений и разлета в стороны). Дело в том, что в эксперименте начинают сказываться начальные условия. Это: интервал между вылетом пуль, расстояние между отверстиями, скорость полета, удаление от преграды регистрирующей стенки. Все эти условия и создают тот геометрический волновой рисунок, который возникает, словно результат интерференции. Естественно, закрыв одно из отверстий, мы сразу же утрачиваем интерференционную картину, но получаем ее вновь, как открываем второе отверстие.

Возможно, эти рассуждения кому-то покажутся неубедительными. Тогда можно провести не мысленный, а вычислительный эксперимент, описав все параметры, закономерности и алгоритм явления. Для тех, кто решится проверить это обстоятельство собственноручно, в «Ином понимании» есть приложение, описывающее алгоритм и математическую модель, которыми, при желании, можно воспользоваться. Кто же согласится с этим алгоритмом и моделью, могут использовать готовуюExcel-программу с открытым VBA-кодом, приведенную на сайте вместе с книгой, как Дополнение. Вы можете экспериментировать с различными условиями, меняя расстояния и интервалы. Но, как показывает опыт, эффект «интерференции» существует практически всегда. В этом можно убедиться, математически меняя «масштаб» наглядных результатов. Вполне определенных результатов.

Таким образом, достаточно расстаться с дихотомией, чтобы обнаружить неоднозначность, касающуюся выводов о природе квантово-волнового дуализма электрона (частиц вообще), и сомнительность принципа неопределенности.
Ричард Фейнман не обошел вниманием так называемый «карго-культ». Обычно под этим понимается формальное применение каких-либо методологий без понимания соответствующих процессов. Ну, что же, попробуем применить этот принцип и к его выводам.

Евгений Лэнг. Октябрь 2012.

Предыдущие части опубликованные на ЗХЖ:

часть-1

часть-2

часть-3

часть-4

часть-5

часть-6

чать-7