Корпускулярно-волновой дуализм и точечная элементарная частица — что это значит на самом деле? Объяснение «на пацьцах»
Посмотрел тут ролик Веденского с Побединским: https://www.youtube.com/watch?v=7GKbawrKWOk . Побединский несколько раз употребляет понятие «точечная частица», правда, каждый раз признает, что чувствует, как профессор А. М. Семихатов сверлит его взглядом.
Я хочу простым языком, не претендуя на исчерпывающую точность формулировок, разъяснить, чем элементарная частица на самом деле является и чем не является. Алексей Михайлович, прошу меня пощадить, я на вашей стороне! 😅
Элементарная частица — она как кот.
Корпусулярно-волновой дуализм НЕ ПРЕДПОЛАГАЕТ переключение между режимами частицы и волны. Любая элементарная частица — это квантовый объект, и режим у него один — квантовый объект. Частица ВСЕГДА представляет собой размытое вероятностное пятно. Макроскопического, бытового аналога квантовой частицы НЕ СУЩЕСТВУЕТ, но ниже я попытаюсь провести аналогию.
Когда ученые говорят, что фотон и электрон — это точечные частицы нулевой длины, они НЕ ИМЕЮТ В ВИДУ, что частица имеет размер точки. Вот что имеется в виду на самом деле. На самом деле ученые не считают частицу точкой. Любая частица — это всегда размытое пятно вероятностей. У него есть область высокой концентрации, а остальная вселенная является областью малой концентрации. Четкая граница отсутствует, и невозможно определить, где частица начинается, а где кончается. Каждая частица существует ВЕЗДЕ, во всей вселенной (с оглядкой на ограничение скорости света), но с большей вероятностью она существует примерно вот здесь, чем там.
Если вы пытаетесь взаимодействовать с частицей, то вы это делаете детектором определенного объема. Допустим, вы пытаетесь нащупать частицу ладонью — и частица либо провзаимодействует с ладонью, либо нет. Если провзаимодействует — то вы определили, что частица оказалась там же, где ладонь. Чтобы определить местоположение точнее, берете десять пальцев и тычете в частицу — она может провзаимодействовать с одним, но не с остальными. И тогда вы локализовали частицу более узко. Так вот, науке неизвестен такой размер пальца, при котором частица не сможет локализоваться с точностью до одного пальца. Какой бы малый «палец» ученые ни использовали, они всегда находили (или не находили) частицу с точностью до одного пальца. Поэтому ученые сделали вывод: минимального размера локализации частицы в пространстве не существует, либо он неизвестен.
При этом ученые поняли, что бесконечно уменьшать размер «пальца» они тоже не могут — слишком маленький «палец» либо превратится в микроскопическую черную дыру, либо породит новые частицы — и не позволит завершить измерение. Такой предел размера «пальца» называют планковской длиной. Планковская длина НЕ ОЗНАЧАЕТ, что пространство представляет собой дискретную пиксельную сетку, у которой размер пикселя равен одной планковской длине. Да и вообще планковская длина определяется по-другому, пост не об этом.
Тот факт, что нижний предел размеров детекции частицы очень мал, НЕ ОЗНАЧАЕТ, что частица такая маленькая! После определения ничтожно малых размеров, частица продолжает вести себя как квантовый объект и, если ее специально не локализовывать, вырастет обратно в размытое пятно вероятностей. Она не остается маленькой навсегда. Да и вообще можно сказать, что в некотором смысле частица никогда не бывает маленькой. Момент детекции — это момент, а бытье частицы — это протяженность во времени.
Вместе с этим, ученые НЕ ОБНАРУЖИЛИ у элементарных частиц какой-то внутренней пространственной структуры, составных частей или форм-фактора, характерного для протяженно объекта. Всё, что частица из себя представляет, действительно можно было бы уместить в точке. Эта точка имела бы некоторые характеристики, в том числе ориентацию в пространстве и направление «вращения». «Вращение» ставлю в кавычки, потому что если бы точка вращалась как макроскопический объект, то ее поверхность двигалась бы с бесконечной скоростью, а это уже нелепица. У частицы есть признак вращения, но она не крутится в привычном нам смысле.
А теперь обещанная аналогия!
Представьте, что вы слепы и хотите понять, что такое кот: какого он размера, какой формы и где находится. Для этого вы тычете в него пальцем. Но кот очень пушистый, и наощупь не получается определить ни его размеры, ни форму, ни местоположение. Пальцы тупо проходят сквозь пушистую шерсть: вроде кот есть, а вроде и нет.
В какой-то момент кот решает с вами провзаимодействовать — кусает вас за палец! В этот момент вы локализовали кота с точностью до точки. Но кот продолжает существовать как бесформенный пушистый комок, а не как точка, и в следующий момент может укусить вас в другом месте. С вероятностью 99% он вас укусит на подоконнике. С вероятностью 0.1% — в другой комнате. С вероятностью 0.00000000001% — в другом городе. Вероятность того, что ваш кот укусит астронавта на Луне, смехотворно мала, но чисто технически положительна.
Кот НЕ МОЖЕТ укусить вас за десять пальцев одновременно: даже если вы будете тыкать в него десятью пальцами, укусит он только один за раз. Из-за этого вы сделаете вывод, что кот имеет размеры не больше пальца. Но ведь это ничего нам не говорит ни о размере кота, ни о его форме. Мы только знаем, что в данный момент он был размером с палец, но в остальное время он размыт. Еще кот может родить котят, и они могут одновременно укусить десять пальцев. :)
Но кот как аналогия работает только до определенного предела. Во-первых, квантовый кот элементарен: он не имеет составных частей, у него нет зубов (кот — это и есть зуб, а зуб — это кот!), и его невозможно схватить двумя руками. Когда квантовый кот кусает вас, он целиком сконцентрирован в месте укуса и 100% отсутствует вне точки укуса (точнее не точки, а целого пальца — вы не можете локализовать кота точнее, чем размеры вашего детектора). В момент укуса подоконник пуст. Но стоит вам отдернуть руку — и снова кот «размазался» по подоконнику.
И еще такой прикол: если вы сложите обе ладони колечком, то кот способен проскочить через оба колечка одновременно! Это можно определить следующим образом. Вы выпускаете кота так, чтобы он прыгал точно прямо и кусал вас за левую пятку, которая находится у него на пути. Но если на пути кошачьего прыжка подставить два колечка, то появляется вероятность, что кот укусит ваз за правую пятку, которая находится в стороне от траектории прыжка! Такое возможно благодаря тому, что кот — это облако вероятностей, которое прошло сразу через оба колечка и от этого начало рябить. Если же в каждое колечко вы просунете по пальцу, то кот не может укусить вас сразу за оба пальца, он будет кусать только за один — и следовательно, проскакивать он будет только через одно соответствущее колечко, а не через оба.
Двухщелевой эксперимент
PS Я использовал нейросеть только для проверки моего текста на физические ошибки. Весь текст написан мной лично, «из головы». Тире и кавычки-ёлочки я ставлю с помощью раскладки Бирмана.
