Корпускулярно-волновой дуализм

Я хорошо помню, что мы проходили этот материал в школе, а затем в институте, и у меня не было никаких внутренних противоречий по поводу КВД. Есть факт, он зафиксирован, а то, что интерпретации существуют разные - это меня до поры до времени не волновало. Роликов на эту тему снято огромное количество. Ничего принципиально нового в них нет. Что же заставило меня задуматься над сущностью интерпретаций? Ответ очень прост: явные логические нестыковки. Сначала это касалось понятий: "время" и "информация". Теперь пришел черед понятию "корпускулярно-волнового дуализма". Мне понадобилось почти 50 лет жизни прежде чем я понял, в чем именно заключается ошибочность интерпретаций про двойственность света. Думаю, что вам для этого понадобится гораздо меньше времени.

Привычная интерпретация.

Одной из нерешенных проблем квантовой физики является проблема наблюдателя, и ее также можно проиллюстрировать на примере эксперимента с двумя щелями. Например, если мы будем наблюдать за результатами взаимодействия фотонов с фотопластинкой, то группы фотонов/электронов выбьют на ней полосатый паттерн, то есть будут вести себя, как волны, которые проходят через две щели (интерференция и дифракция). Но если вдруг вы захотите подловить квантовую частицу в момент прохождения одной из щелей, вы обнаружите, что она вдруг стала тем самым "маленьким твердым шариком", и нет никакого раздвоения, и пролетает она либо через левую щель, либо через правую, и никак не через две сразу. А результирующий узор на экране будет не полосатым паттерном, а двумя полосками (проекции щелей на экран). В квантовой физике разрушение квантового состояния называется коллапсом волновой функции, и явление это приписывают именно влиянию наблюдателя. Фотоны и электроны ведут себя по разному: как волна, если мы за ними не наблюдаем, как отдельные частицы, если мы за ними наблюдаем.

Упрощу сказанное: если "не смотреть" на электрон (или фотон) в момент его полета, он будет вести себя как волна, "если посмотреть" – как частица. Это и есть проблема наблюдателя: тот факт, подглядываете ли вы за электроном или нет, влияет на его поведение.

Новая интерпретация:

Вспомним парадокс Льюиса Кэрола: если при рассмотрении процесса вы не учитываете важные факторы, то вы можете получить абсурд. Что же не учитывает общепризнанная интерпретация? Не учитываются следующие моменты:

- Не существует наблюдателя в широком смысле этого слова, "наблюдатель", изображенный на многочисленных фотографиях и видео, объясняющих дуальность поведения фотонов и электронов, не может быть человеком, это всегда прибор, устройство, датчик, объект, например, фотопластинка;
- Мы не можем увидеть в реальном времени полет электронов и фотонов. Мы можем рассматривать лишь результаты измерений, т.е. следы. Эти следы мы будем наблюдать пост-фактум;
- Когда мы производим измерения, то играет важнейшую роль длительность акта измерения;
- Независимо от длительности акта измерения мы будем фиксировать, а затем наблюдать (рассматривать, изучать) следы от процесса за которым велось наблюдение, т.е. информацию (отражения) о прошлых состояниях процесса.
- Играет роль расстояние, которое преодолевает движущийся (наблюдаемый) "объект" (фотон/электрон), т.к. от этого зависит время, через которое фотоны/электроны или поле, достигнут фотопластинки, на которую будут фиксироваться результаты взаимодействия. Слова "далеко" и близко" - это про это. Никакого противоречия с классической физикой здесь нет. T = S/V. Время (длительность процесса) зависит и от скорости, и от расстояния (длины), которое необходимо преодолеть.
- Длительность процесса записи на фотопластинку (фиксации результатов взаимодействия) тоже играет роль. См. звездные треки: мгновенные снимки начала и окончания процесса, снимка, где длинная выдержка (статика), видео (процесс предъявления большого количества снимков, предъявляемых с определенной частотой).
- Играет роль расстояние и ракурс, с которого мы "наблюдаем" за движущимся "объектом" (процессом). Вспомните геометрию и посмотрите на отрезок с "торца", и, когда он находится к вам "боком". В этом случае у него появится длина. Очевидно, что если вы будете наблюдать вращающийся отрезок, то вы будете воспринимать уже совсем "другой объект" - круг. Подробнее о восприятии объектов/пространств с различной мерностью

Чтобы было понятно о чем идет речь, сначала рассмотрим ситуацию со съемкой макрообъектов. Будем использовать для этих целей: два фотоаппарата и видеокамеру.
С помощью одного фотоаппарата будем снимать звёздное небо на фоне неподвижного предмета (дерево или камень) в течение нескольких часов, например, длительность процесса съемки составит 4 часа.
С помощью второго фотоаппарата вы будете делать "мгновенные" снимки. Очевидно, что "мгновенье" - это метафора, т.к. процесс между открытием и закрытием затвора имеет длительность даже у электронного фотоаппарата. Меняется лишь скорость этого процесса, что повлияет на длительность процесса фиксации, и, следовательно, на количество фотонов (т.е. на энергию) которые достигнут фотопластинки.
Видеокамера тоже будет снимать звёздное небо в течение четырёх часов. Во всех трех случаях на "фотопленке" (фотопластинке) останутся следы о процессе, т.е. о прошлых состояниях процесса, которые, разумеется, будут затем храниться в настоящем времени (в реальном времени). Как будет при этом меняться "фотопластинка" нам не так интересно. Рассмотрим более подробно результаты фиксации процесса, точнее, каким образом мы интерпретируем эти следы.

1. Первый "прибор" (фотоаппарат) зафиксирует снимок неба, на котором будут видны отдельные "звезды". Очевидно, что количество звезд на снимке, будет зависеть от качества оптики, но в данном случае это для нас это не так интересно.

2. Второй "прибор" (фотоаппарат) зафиксирует тоже самое звёздное небо, но на этот след наложит отпечаток другой процесс - вращение Земли вокруг своей оси. Это тоже будет один снимок, но на нем в отличие от видеокамеры (динамика, множество кадров) информация будет запечатлена на одном снимке. Можно говорить, что вместо динамики мы зафиксируем статику за счет того, что съемка шла непрерывно. Именно поэтому мы будем видеть на снимке не просто звезды, а треки. Заметим, что длина треков (размеры) будет зависеть от длительности процесса съемки (фиксация, акт измерения). Чем меньше длительность процесса съемки, тем короче будет длина треков.

3. Третий "прибор" (видеокамера) зафиксирует то же самое звёздное небо, но это будет уже множество снимков, т.е. фильм о "движении звезд по небосводу", или о вращении Земли вокруг своей оси. Если мы будем наблюдать этот фильм с той же самой частотой кадров, что и при записи, например, 30 кадров в секунду, то мы просмотрим за 4 часа 432000 кадров: 4 часа х 60 минут х 60 секунд х 30 кадров в секунду = 432 000 кадров, и это займет у нас ровно столько же времени, что и при записи. При этом мы практически не будем замечать "движения звезд на небосводе" относительно неподвижного дерева, стоявшего рядом с объективом. Увидеть разницу между началом и концом этого процесса мы сможем. Для этого надо сравнить два "мгновенных" снимка, фиксирующих начало и конец процесса.
Если сделать ускоренную перемотку фильма (ускоренный просмотр), то будет очевидна разница в положении звезд между началом фильма и его окончанием. Например, если мы хотим посмотреть 4 часа видеосъемки за 1 минуту, в таком же качестве как при самой съемке, т.е. 30 кадров в секунду (всего 1800 кадров из 432 000), то мы с помощью видеоредактора можем удалить каждые 239 из 240 кадров, оставив 1, 241, 482 и т.д. кадры. Таким образом мы сможем просмотреть фильм длительностью в 1 минуту, в который мы теперь уместим 4 часа видеосъемки. В этом фильме будет хорошо видно, как двигались "звезды по небосводу". По сути мы будем наблюдать влияние совсем другого процесса - вращения Земли вокруг своей оси.>

Юн Сюн сказал: «Вращаясь, без конца, Небо и Земля движутся неприметно. Но кто знает про это?» И вот, что уменьшится здесь, увеличится там; что произрастает здесь, увядает там. Уменьшаться и увеличиваться, произрастать и увядать означает в одно и то же время рождаться и умирать. А промежуток между появлением и исчезновением столь ничтожен – кто заметит его? Чем бы ни была вещь, ее энергия не вдруг появляется, ее форма не вдруг исчезает. Просто невозможно понять, когда приходит зрелость и когда наступает увядание. То же происходит и с человеком за время его жизни: его облик, суждения и манеры меняются со временем, его кожа, ногти, волосы одновременно растут и выпадают. Однако ж невозможно распознать, как претерпевают они эти перемены. Мы узнаем о них лишь после того, как они произойдут».

Размеры фотона и электрона?

Этого никто не знает. Ок, тогда какими должны быть размеры у отверстия (дырка в веществе), за которым располагается источник света? Чем можно измерить это расстояние (длина и ширина)? Расстояние между щелями на пластинке? Расстояние от источника света до пластинки со щелями. Какой должна быть длительность излучения отдельного электрона/фотона, и длительность излучения поля (на какое время включают источник света)?

Когда излучают поток фотонов и электронов, и мы наблюдаем уже результат их взаимодействия на фотопластинке, то по сравнению с процессом излучения одного фотона/электрона меняется длительность процесса, т.к. время - это и есть один из параметров, описывающих длительность процесса, и ничего больше. Считать время самостоятельной сущностью - это очень глупо. Время - это одно из свойств, присущее любому процессу. Чтобы наблюдать один или множество фотонов нам необходимо для начала включить источник света (поля). От того как надолго мы его включим и будет зависеть результат наблюдения, т.е. след на фотопластинке.

Когда мы "наблюдаем" за тем, через какую щель пролетает фотон/электрон, то надо не забывать, что в реальном времени мы наблюдать за их перемещением в пространстве не можем. Как бы мы не меняли расстояния между источником поля (света), щелями и экраном, между ними всегда будет расстояние, а процесс его преодоления светом будет иметь какую-то длительность. Чтобы разглядеть, что именно преодолевало щель, мы должны зафиксировать след, а это всегда будет результат взаимодействия поля и фотопластинки, которые мы затем будем интерпретировать.

ЭМП, используемые в технике, созданы искусственным образом. Турбина гидростанции - это простейший пример генератора ЭМП. Затем через ЛЭП, понижающие и повышающие трансформаторы они доходят до потребителя (до прибора). Прибор можно соединить с источником ЭМП на какое-то время, т.е. включить источник света, а потом можно рассматривать следы (результат взаимодействия поля с фотопластинкой) и их интерпретировать. Когда говорят о квантах света, то по сути речь идет о длительности включения источника света (поля) и больше ни о чем. В русском языке слова длина (объекта) и длительность (процесса) однокоренные, а в физике они связаны в буквальном смысле. Легко посчитать какое расстояние преодолеет свет за 10 в минус 33 степени секунды. Можно этот же вопрос задать чуть по другому: насколько изменится мир (множество локальных процессов) за время 10 в минус 33 степени секунды, 10 в минус 40 степени секунды и т.д.? За одну секунду свет преодолевает в вакууме 300 000 км. Если говорить грубо, то он преодолеет Землю по экватору 7,5 раз.. Существуют ли у нас приборы, которые могут измерять минимальные длину (размер, расстояние) и длительность процесса, определяемые постоянной Планка, лучше спросить у физиков.

Возможно вам это будет интересно: "
Восприятие - осознание - информация - энергия".
Время - длительность и одновременность.
Автор текста: к.п.н. А.Н.Чистяков