Амит Госвами - Самосознающая вселенная. Как сознание создает материальный мир

Рис. 17. Когда мы пытаемся определять, через какую щель проходит электрон, направляя на щели фонарь, электрон демонстрирует свою корпускулярную природу. Есть только две полосы — в точности так, как следовало бы ожидать, если бы электроны были миниатюрными шариками

То, что происходит в этом эксперименте, можно понимать, прежде всего, как следствие принципа неопределенности. Как только мы обнаруживаем электрон и определяем, через какую щель он проходит, мы утрачиваем информацию об импульсе электрона. Электроны очень чувствительны; столкновение с фотоном, который мы используем для наблюдения электрона, воздействует на него так, что его импульс меняется на непредсказуемую величину. Импульс и длина волны электрона взаимосвязаны: квантовая механика включает в себя это великое открытие де Бройля. Поэтому утрата информации об импульсе электрона — это то же самое, что утрата информации о его длине волны. Если бы имелись интерференционные полосы, то мы могли бы измерять длину волны по расстояниям между ними. Принцип неопределенности утверждает, что как только мы определяем, через какую щель проходит электрон, процесс наблюдения уничтожает интерференционную картину.

Вы должны понимать, что измерения положения и импульса электрона, в действительности, представляют собой взаимодополнительные, взаимоисключающие процедуры. Мы можем сосредоточиваться на импульсе и измерять длину волны — и, таким образом, импульс — электрона по интерференционной картине, но тогда мы не можем знать, через какую щель проходит электрон. Или мы можем сосредоточиваться на положении электрона и терять интерференционную картину — информацию о его длине волны и импульсе.

Существует второй, еще более хитроумный способ понимания и согласования всего этого — с помощью принципа дополнительности. В зависимости от того, какой прибор мы используем, мы видим корпускулярный аспект (например, с фонарем) или волновой аспект (без фонаря).

В первом приближении суть принципа дополнительности сводится к тому, что квантовые объекты представляют собой и волны, и частицы, но мы можем видеть с помощью той или иной экспериментальной обстановки только один аспект. Это, несомненно, правильное понимание, однако опыт учит нас некоторым тонкостям. Например, мы также должны говорить, что электрон — это не волна (поскольку волновой аспект никогда не проявляется для единичного электрона) и не частица (поскольку он появляется на экране в местах, запрещенных для частиц). Тогда, будучи осмотрительными в своей логике, мы должны говорить и что фотон — это ни не-волна, ни не-частица, чтобы избежать неправильного понимания нашего употребления слов «волна» и «частица». Это очень похоже на логику жившего в I в. н. э. философа-идеалиста Нагарджуны — самого проницательного логика традиции буддизма Махаяны. Восточные философы передают свое понимание окончательной реальности словами нети, нети (ни это, ни то). Нагарджуна сформулировал это учение в виде четырех отрицаний:

Она не существует.

Она не является несуществующей.

О ней нельзя утверждать,

что она и существует и не существует.

Или что она не является ни

существующей, ни несуществующей.

Чтобы лучше понять дополнительность, предположим, что мы возвращаемся к предыдущему эксперименту, на этот раз используя слабые батареи, чтобы сделать фонарь, которым мы освещаем электроны, несколько более тусклым. Повторяя эксперимент, показанный на рис. 17, с все более и более тусклым светом фонаря, мы обнаруживаем, что интерференционная картина начинает снова появляться, делаясь все более отчетливой по мере того, как свет фонаря становится все более тусклым (рис. 18). Когда фонарь совсем выключен, возвращается полная интерференционная картина.

Рис. 18. При использовании более тусклого фонаря отчасти возвращается интерференционная картина

По мере того как фонарь тускнеет, число фотонов, рассеивающих электроны, уменьшается, так что некоторым электронам удается полностью избежать быть «видимыми» посредством света. Те электроны, которые видимы, появляются позади щели 1 или щели 2, именно там, где бы мы ожидали их найти. Каждый из не увиденных электронов разделяется и интерферирует сам с собой, образуя на экране интерференционную картину, когда его достигнет достаточное число электронов. В предельном случае яркого света видна только корпускулярная природа электронов; в предельном случае отсутствия света видна только волновая природа. В промежуточных случаях тусклого света в аналогичной промежуточной степени видны оба аспекта: то есть здесь мы видим электроны (хотя никогда один и тот же электрон) как одновременно и волны, и частицы. Таким образом, волновая природа волночастицы не является свойством всей совокупности, но должна оставаться в силе для каждой индивидуальной волночастицы, когда мы на нее не смотрим. Это должно означать, что волновой аспект единичного квантового объекта трансцендентен, поскольку мы никогда не видим его проявленным.

Происходящее помогает объяснить ряд картинок (рис. 19). На картинке внизу слева мы видим только букву W; это соответствует использованию яркого фонаря, который показывает только корпускулярную природу электронов. Затем, двигаясь вверх от картинки к картинке, мы начинаем видеть орла — точно так же, как при уменьшении яркости света некоторые электроны избегают наблюдения (и локализации), и мы начинаем видеть их волновую природу. Наконец, на последней, верхней правой картинке, можно разглядеть только орла; фонарь выключен, и теперь все электроны представляют собой волны.

Рис. 19. Последовательность W—Орел

Нильс Бор как-то сказал: «Те, кто не испытал шок при первой встрече с квантовой теорией, вероятно, ее не поняли». По мере того как мы начинаем постигать действие принципа дополнительности, этот шок сменяется пониманием. Тогда официальный марш предсказательной науки, справедливой либо для волны, либо для частицы, преобразуется в творческий танец трансцендентной волночастицы. Когда мы локализуем электрон, выясняя, через какую щель он проходит, то открываем его корпускулярный аспект. Когда мы не локализуем электрон, не обращая внимания на то, через какую щель он проходит, то открываем его волновой аспект. В последнем случае электрон проходит через обе щели.

Следует ясно понимать это уникальное свойство принципа дополнительности: то, какой атрибут раскрывает квантовая волночастица, зависит от выбираемого нами способа ее наблюдения. Лучше всего важность сознательного выбора в формировании проявленной реальности демонстрирует эксперимент отложенного выбора, предложенный физиком Джоном Уиллером.