Был открыт корпускулярно-волновой дуализм. Доказывающий, что материальные микроскопические объекты могут при одних условиях проявлять свойства классических волн, а при других свойства классических частиц[9]. Корпускулярно-волновой дуализм необъясним в рамках классической физики и может быть истолкован лишь в квантовой механике[10].
Свет можно трактовать и как поток частиц фотонов, и как волну. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции. Но более того, даже одиночные фотоны (частицы), проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, свойственную только волновому поведению[11].
Квантовое волновое поведение проявляют не только элементарные частицы, но и более крупные объекты молекулы. В 2019 году удалось добиться дифракции молекул, состоящих из почти 2000 атомов каждая[12]. То есть целые большие молекулы, «кирпичики» материальной вселенной, также могут вести себя как нематериальные волны. Это удивительно. Но есть нечто более невообразимое.
Двухщелевой опыт. Впервые был проведен Томасом Юнгом и впоследствии был многократно повторен. Суть его была в следующем. Лазерный луч освещает пластину с двумя параллельными щелями, и свет, проходящий через щели, наблюдают на экране за пластиной. Волновая природа света вызывает явление интерференции, что проявляется на экране как чередующиеся светлые и темные полосы.
Подобного бы не могло произойти, если предположить, что свет это поток частиц. Ибо частицы летят только по прямой. И если бы свет был потоком частиц, то, пройдя через две щели, на экране ученые бы увидели лишь две яркие точки (а не волновую картину). Тут все понятно. Свет это волна. Хотя всегда обнаруживается, что свет попадает на экран в виде отдельных точек (фотонов), а волновая картина (с чередующимися полосами) появляется из-за изменяющейся плотности попадания этих частиц на экран.
Предположили, что в процессе полета свет является волной, но, как только контактирует с экраном, он становится частицей фотоном. В таком случае один фотон должен проходить через обе щели одновременно (как волна) и лишь потом вновь «собираться» в одну частицу, попадающую на экран и формирующую волновой интерференционный рисунок. Совсем уж невероятно.
Тогда ученые провели другой эксперимент, чтобы понять, может ли один фотон пройти сразу через две щели одновременно. Они стали выпускать по одному фотону и решили измерить, через какое именно отверстие проходит фотон. Ведь волна проходит через оба. И тут появились непредвиденные результаты. Шокирующие результаты!
Каждый выпущенный и зафиксированный детекторами (находящимися на щелях) фотон проходит только через одну щель (как классическая частица), а не через обе щели (как волна)[13]. И в итоге формирует не интерференционную волновую картину с полосами, а просто две светлые полосы. Именно так: ведь фотон как частица летит только по прямой и не может двигаться как волна.
Тут, возможно, вы пока не в полной мере осознали всю грандиозность происходящего. Возможно, это самое удивительное научное открытие всего человечества за всю историю. Оно фундаментально.
Этот опыт показывает, что частицы не образуют интерференционную картину, если наблюдать, через какую щель они проходят. Сам процесс наблюдения влияет на поведение частиц. Когда присутствует наблюдатель свет ведет себя как частица (летит только по прямой, формируя карнитину из двух пятен). Когда мы не наблюдаем поведение конкретного фотона, то свет ведет себя как волна (проходит одновременно через две щели как волна, формируя картину интерференционных полос). Центральное место здесь занимает Наблюдатель[14].
Фотон частица и волна. Наблюдая за фотоном, мы всегда будем распознавать его как физическую частицу. Сам факт наблюдения приводит к «коллапсу волновой функции». И бесформенная многовариантная реальность обретает конкретные очертания, становится физической материей. Наука может изучать только уже проявленную реальность (хотя мы видим, что появление квантовой физики существенного раздвинуло горизонты возможного к изучению). Наблюдая за процессом, ученый переводит систему из непроявленного «волнового» состояния в проявленное «материальное» состояние.