Так выглядит типичная иллюстрация процесса коллапса волновой функции частицы в научно-популярных видео и статьях. Есть некий абстрактный глаз или, так сказать, наблюдательный человек, который смотрит на частицу, и после этого она теряет свои волновые свойства и становится частицей из волны, что бы ни значило слово частица. Сразу скажу, что это полный бред, и из-за таких иллюстраций не только далекие от этого люди, но даже некоторые университетские профессора перестают понимать квантовую механику.
Чтобы развеять всю мистику и углубиться в детали, я расскажу о том, как сделать этого мистического квантово-механического наблюдателя, так сказать, в домашних условиях. На самом деле, это элементарно и это может сделать каждый. Вам просто нужно вырезать кольцо из картона или фанеры, просверлить отверстия по периметру и протянуть через них провода параллельно друг другу, как показано на изображении ниже.
Это приведет к проводному поляризатору, который пропускает фотоны только с поляризацией, перпендикулярной проводам. Поляризатор размера, показанного на изображении, предназначен для работы с радиочастотными фотонами. Кстати, фотоны уникальны тем, что представляют собой элементарные частицы, которые могут быть размером с человека и даже размером с планету. Все зависит от длины волны. Например, в микроволновке летают фотоны с длиной волны около 12 см, поэтому такой проволочный поляризатор — это возможность своими глазами наблюдать за процессами квантовой механики.
Если к такому поляризатору летит фотон и его поляризация находится в суперпозиции поляризаций, параллельных и перпендикулярных проводникам поляризатора, то на выходе остаются только фотоны с перпендикулярной поляризацией.
Для инфракрасных фотонов тоже есть проводные поляризаторы, как и для радиоволн, только изготовить их в домашних условиях уже намного сложнее. Для фотонов видимого света тоже есть проволочные поляризаторы, только там длина волны фотонов уже ниже микрометра, а создать проволочки толщиной в нанометры можно только фотолитографией, как при производстве микросхем.
Так что прохождение фотоном серии проводов приводит к коллапсу состояния фотона и, как вы поняли, он по-прежнему имеет волновые свойства. Он становится не частицей, что бы это ни значило. Здесь можно сказать, что это коллапс вектора поляризации, а не коллапс волновой функции, ответственной за пространственную вероятность обнаружения фотона в той или иной точке. Но волновая функция фотона в пространстве описывается наложением нескольких или чаще бесконечного числа волн друг на друга. И когда волновая функция коллапсирует, в теории выбирается одна из этих волн, а на практике определенная группа волн или часть спектра с непрерывным спектром. Таким образом, после коллапса волновой функции получается другая волна, а не мифическая частица, не обладающая волновыми свойствами.
Так почему же при описании двухщелевого эксперимента мы говорим, что после наблюдения фотон или электрон начинает вести себя как частица, а не как волна?
Как вы поняли из примера с проводным поляризатором, для коллапса волновой функции мифического глаза недостаточно, как на картинке выше. Чтобы узнать, через какую щель проходит частица, она должна столкнуться с другой частицей или группой частиц. Обнаружено, что после столкновения волновая функция частицы исходит уже от одной щели, а не от двух. Таким образом, на экране за щелью больше не получается ни добавления альтернативных путей движения частицы, ни интерференции. Хотя, изменяя, например, длину волны измеряющей или, так сказать, наблюдающей частицы, можно сдвигать волновую функцию частицы, проходящей через щели, в основном через одну щель и немного по другую. Тогда будут частичные помехи. Не так ясно, как будто измерений вообще не было.
Так что если вы посмотрите на математику квантовой механики, вы нигде не найдете потери волновых свойств частиц в любом процессе. А говоря о том, что элементарная частица это частица или волна, можно сказать, что это все же волна, но очень необычная волна
