Волны вероятности

Итак, частица в квантовой механике — это совсем не обычный шарик, пусть даже сверхмалых размеров. Она не имеет одновременно определенных значений координат и импульсов; она обладает волновыми свойствами.

Что же это за волны? Надо ожидать, что они не могут быть волнами классической механики, такими, например, как звуковые волны. Волна, связанная с электронами или фотонами, не состоит из множества частиц. Об этом уже говорилось.

Может быть тогда сама частица состоит из волны? Может быть материя, слагающая электрон, распределена в пространстве в виде волны: образует некоторый волновой пакет?

Нет, это тоже не так. Волна при встрече с препятствиями раздробляется на отдельные пучки, которые обратно уже не собираются вместе. А электрон-то ведь не дробится ни при каких условиях и всегда обнаруживается как целое.

Решение проблемы, причем решение неожиданное для всех физиков, было найдено Максом Борном. Связанная с электроном волна не есть обычная материальная волна классической физики. Это волна вероятности! Амплитуда волны (точнее — ее квадрат) определяет не плотность материи электрона в данном месте пространства, а вероятность того, что электрон будет здесь найден, если провести соответствующий эксперимент. В микромире мы поразительным образом сталкиваемся с вероятностными законами движения отдельных частиц.

В мире больших тел действуют законы механики Ньютона, однозначно определяющие малейшие детали поведения тел. А вот электрон и другие элементарные частицы, как выяснилось, в своем движении управляются иными законами. Эти законы не диктуют электрону строго однозначное поведение.

Например, если электрон пролетает сквозь щель, то из теории нельзя однозначно определить, полетит ли он налево или направо. Можно только найти сравнительное значение вероятностей этих событий.

Открытие вероятностных (или статистических) законов движения отдельных элементарных частиц — один из самых удивительных результатов, когда-либо полученных наукой. До сих пор были уверены, что статистические законы относятся только к описанию систем из очень большого числа частиц.

Мы, конечно, хорошо понимаем, что столь непривычные факты требуют гораздо более подробного рассказа. Но наша цель, как уже неоднократно подчеркивалось ранее,— рассказ о силах в природе, а не о законах движения. Поэтому ограничимся сказанным. Вернемся теперь к соотношению неопределенностей и остановимся на некоторых его следствиях, бросающихся в глаза.