Sens fizyczny wektora stanu

===================================================

Argumenty wektora stanu:

Wektor stanu obiektu mikroskopowego, np. oznaczany |a>, to pewna funkcja. Co jest argumentem tej funkcji? Najprościej mówiąc, położenie obiektu mikroskopowego, tj. np. położenie fotonu, jeśli opisywanym obiektem jest foton; położenie elektronu- jeśli obiektem jest elektron; no dobrze, a jeśli obiekt złożony będzie z kilku elektronów? Wtedy wektor stanu zależeć będzie od położeń poszczególnych elektronów.

 

Sens fizyczny wektora stanu:

Wektor stanu obiektu nie ma żadnego sensu fizycznego, dopiero wartość jego kwadratu (ściśle rzecz biorąc, uogólnionego kwadratu) oznacza prawdopodobieństwo znalezienia opisywanego obiektu w danym położeniu. Tak więc, jeśli wektorem stanu, elektronu poruszającego się po osi x, jest funkcja y n(x), wtedy:

|y n(x)|2

mówi nam jakie jest prawdopodobieństwo spotkania elektronu w położeniu określonym x.

Niech x1 i x2 to dwie różne współrzędne, wtedy: |y n(x1)|2  określa jakie jest prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w położeniu x1, podczas gdy- |y n(x2)|2 prawdopodobieństwo znalezienia w tym samym czasie w położeniu x2 . Podkreślenie, że rzecz dotyczy tego samego czasu, jest szalenie ważne, bo w ten sposób elektron, (cząstka przecież, a więc obiekt o skończonych i określonych granicach) nabiera charakteru obiektu, który pozbawiony jest ściśle określonych granic (a więc obiektu rozmytego w przestrzeni, falowego, takiego jak chmura na niebie, dym z papierosa, etc.). Opisując w ten sposób stan mikroświata, mechanika kwantowa narusza oba wspomniane poprzednio sylogizmy logiki. Nie może przecież coś mieć ściśle określonych granic i ich nie mieć!; być w jednym miejscu i jednocześnie być w innym miejscu! Wydaje się, że teoria sprzeczna z pewnymi prawami logiki powinna być absurdalna i błędna. Twórcy mechaniki kwantowej, a szczególności Niels Bohr, bronili swej teorii wykorzystując jej probabilistyczny charakter. Argumentowali następująco:

„Pytanie jakie jest np. położenie mikroobiektu- przed wykonaniem pomiaru- jest równie niedorzeczne, jak pytanie, ile oczek pokazuje kostka do gry przed jej rzuceniem. Elektron, foton, i inne drobinki nie mają żadnego położenia, żadnego pędu, żadnej energii, itd. do momentu wykonania pomiaru (tak, jak kostka nie pokazuje żadnej określonej liczby oczek przed jej rzuceniem!). Pomiar niejako nadaje, określa wartość poszczególnych właściwości obiektu (tak jak rzut kostką nadaje, określa liczbę oczek pokazywanych przez kostkę). Czyli mikroobiekty przed pomiarem są „gołe”, zupełnie pozbawione właściwości, można jedynie powiedzieć, jakie jest prawdopodobieństwo posiadania danej wartości tej, czy innej właściwości.”

Trzeba przyznać, że taka argumentacja dla nas, ludzi nawykłych do Rzeczywistości makroświata, też wygląda absurdalnie. No bo co to znaczy, że obiekt przed pomiarem jest „goły” zupełnie pozbawiony właściwości? Czy np. kierujący samochodem staje się mężczyzną dopiero wtedy, gdy po zatrzymaniu samochodu, eksperymentalnie ustalimy jego płeć? Absurd!, on przecież miał określoną płeć przed naszym, pożal się Boże eksperymentem, i co gorsze, taką samą, jak ustaliliśmy w eksperymencie J.

 

Rozpraszanie mikrocząstek na dwóch szczelinach:

W nauce, w przypadku podejrzeń co do poprawności jakiejś teorii, zwykle przeprowadza się doświadczenia testujące teorię. W przypadku testowania mechaniki kwantowej doświadczenie polega na rozpraszaniu mikrobiektów (np. elektronów) na dwóch szczelinach.  

Jak można było zobaczyć na powyższym filmie, demonstrującym rozpraszanie różnego  rodzaju obiektów (cząstki, fale, elektrony) na dwóch szczelinach, każdy elektron po przejściu przez obie szczeliny „ląduje” w jednym, ściśle określonym, punkcie powierzchni rejestrującej. Punkt ten definiuje położenie elektronu w momencie pomiaru. A jakie było położenie przed pomiarem? Czyli przez którą szczelinę przechodził elektron? I tu jest coś, co się w głowie nie mieści, musimy przyjąć, że elektron przechodził przez jedną, i przez drugą szczelinę, jednocześnie! Bo tylko w ten sposób można wyjaśnić, charakterystyczny dla obiektów falowych przechodzących przez obie szczeliny, rozkład wielu (a nie tylko dwóch) pików intensywności rozpraszania. Mało tego, gdybyśmy chcieli „naocznie” stwierdzić, którą naprawdę szczelinę wybiera elektron, ustawiając przy szczelinach przyrząd pomiarowy, obserwujący szczeliny, wtedy niestety wszystko diabli biorą! Elektrony obserwowane (czyt. elektrony na których wykonano pomiar) zachowują się „po Bożemu”, tj. jak typowe cząstki- tworząc jedynie dwa piki intensywności. Niels Bohr powiedziałby, że tego należałoby się spodziewać, ustawienie przyrządu obserwacyjnego przed szczelinami, automatycznie powoduje nadanie określonego położenia elektronom, które przed pomiarem było nieokreślone. Taki obserwowany elektron musi więc dawać rozkład pików, jak normalne cząstki.

    Zastanawiając się nad tym, musimy się zgodzić, że nie tylko, jest to zborne tłumaczenie wyników doświadczenia, ale jest to zgodne z mechaniką kwantową. Jeśli pozostają wątpliwości to jedynie względem pojęcia „gołego” mikroobiektu. Czy rzeczywiście, obiekty mikroświata przed pomiarem nie mają żadnej określonej właściwości? Teoretycznie wyjaśnił ten problem w 1964 roku John Bell, dowodząc relacji nazwanej dziś nierównością Bella.

    Upłynęło sporo lat nim eksperymentalnie przetestowano tą nierówność, zrobiła to w 1982 roku grupa francuska pod kierunkiem Alaina Aspecta.