Zgłębianie indiańskiej duszy jest jak nurkowanie w kowadle – najczęściej boli od tego głowa.
Dwuznaczności te zostały wyjaśnione w latach 1925-1926,
po odkryciu poprawnych równań mechaniki kwantowej. Dziś
wiemy, jak zachowują się fotony i elektrony. Jak jednak powi-
nienem je nazwać? Gdybym powiedział, że są to cząstki, było-
by to mylące, ponieważ czasem zachowują się jak fale. Nie
mogę również powiedzieć, że są to fale, bo czasami zachowu-
ją się jak cząstki. Fotony i elektrony zachowują się w sposób
nie mający żadnego odpowiednika klasycznego, w sposób
kwantowomechaniczny. Takiego zachowania nigdy bezpo-
średnio nie obserwowaliście. Wasze doświadczenie, związane
z rzeczami, które widzieliście, jest bardzo niekompletne.
W bardzo małej skali zachodzą zupełnie nowe zjawiska. Atom
nie zachowuje się jak ciężarek oscylujący na sprężynie. Nie za-
chowuje się również jak miniaturowy Układ Słoneczny, z pla-
netami krążącymi po orbitach. Nie jest to również jakaś chmu-
Prawdopodobieństwo i niepewność 137
ra czy mgiełka otaczająca jądro. Atom zachowuje się inaczej
niż wszystkie znane wam rzeczy.
Na pociechę mamy przynajmniej jedno uproszczenie. Pod
tym względem elektrony zachowują się dokładnie tak samo jak
fotony; ich zachowanie jest wariackie, ale przynajmniej do-
kładnie takie samo.
Zrozumienie zachowania elektronów wymaga dużej dozy
wyobraźni, gdyż musimy opisać coś, co różni się od wszystkich
znanych nam rzeczy Pod tym względem jest to zapewne naj-
trudniejszy z tych wykładów, gdyż ma on charakter abstrakcyj-
ny, to znaczy dość odległy od bezpośrednich postrzeżeń. Nie
ma na to rady. Skoro mam wygłosić seńę wykładów o prawach
fizycznych, to z pewnością nie spełniłbym swego zadania, gdy-
bym pominął prawa rządzące zachowaniem cząstek w malej
skali. Takie zachowanie jest absolutnie typowe dla wszystkich
cząstek elementarnych, ma charakter całkowicie powszechny,
jeśli zatem chcecie dowiedzieć się czegoś o prawach fizycznych,
muszę koniecznie omówić również prawa kwantowe.
To będzie trudne. Trudność ma jednak głównie charakter
psychologiczny; przybiera ona postać nieustannych cierpień,
powodowanych przez powtarzane pytanie "ale jak to jest moż-
liwe?", będące wyrazem niekontrolowanego, lecz całkowicie
bezskutecznego pragnienia zrozumienia zjawisk kwantowych
przez odwołanie się do czegoś znanego. Nie będę wyjaśniał zja-
wisk kwantowych, korzystając z analogii do znanych zjawisk.
Zamiast tego po prostuje opiszę. Kiedyś dziennikarze wymyśli-
li, że tylko dwunastu ludzi na świecie rozumie teorię względno-
ści. Nie wierzę w tę ich rewelację. Natomiast kiedyś było tak, że
znał ją tylko jeden człowiek, ten, który ją odkrył, lecz jeszcze nie
opublikował swej pracy Gdy jednak ludzie przeczytali jego ar-
tykuł, wielu z nich w ten czy inny sposób zrozumiało teońę
względności. Z pewnością było ich więcej niż dwunastu. Z dru-
giej strony sądzę, że mogę bezpiecznie stwierdzić, iż nikt nie ro-
zumie mechaniki kwantowej. Proszę zatem nie traktować tego
wykładu zbyt poważnie i nie próbować zrozumieć tego, co bę-
dę mówił, przez odwołanie się do pewnego modelu. Zamie-
rzam powiedzieć, jak zachowuje się natura. Jeśli jesteście goto-
138 Charakter praw fizycznych
wi po prostu przyjąć, że może właśnie tak się ona zachowuje, to
przekonacie się, że natura jest czarująca i zachwycająca. Nie
powtarzajcie sobie, o ile tylko potraficie, "ale jak to możliwe?",
ponieważ wpadniecie w przepaść, w ślepą uliczkę, z której niko-
mu jeszcze nie udało się uciec. Nikt nie wie, jak to jest możliwe.
Chciałbym teraz opisać typowe kwantowe zachowanie elek-
tronów i fotonów. W tym celu zamierzam posłużyć się mieszani-
ną analogii i przeciwstawień. Gdybym chciał skorzystać wyłącz-
nie z analogii, do niczego by to nie doprowadziło. Muszę
jednocześnie wskazać na podobieństwa i różnice między zjawi-
skami kwantowymi i zjawiskami, które znacie. Najpierw porów-
nam cząstki kwantowe z pociskami, a następnie z falami na wo-
dzie. Zamierzam przedstawić pewien szczególny eksperyment.
Najpierw omówię, jak przebiegałoby doświadczenie z pociskami,
potem powiem, czego należałoby się spodziewać, gdybyśmy
przeprowadzili doświadczenie z falami, a na koniec wyjaśnię, co
się dzieje, gdy wykonamy taki eksperyment z elektronami lub fo-
tonami. Ten jeden eksperyment zawiera w sobie wszystkie tajem-
nice mechaniki kwantowej. Jego analiza pozwoli wam na zapo-
znanie się ze wszystkimi osobliwościami i paradoksami natury.
Każdy inny problem z dziedziny teorii kwantów można zawsze
wyjaśnić, wracając do tego doświadczenia: "Pamiętasz, jak to by-
ło w doświadczeniu z dwiema szczelinami? Tutaj wygląda to tak
samo". Zamierzam przedstawić doświadczenie z dwiema szcze-
linami. Ten eksperyment pozwoli dotknąć tajemnicy mechaniki
kwantowej. Nie pominę tu niczego, przeciwnie, odsłonię tajem-
nicę natury w jej najbardziej eleganckiej, choć trudnej postaci.
Zacznijmy od pocisków (ryć. 6.1). Przypuśćmy, że mamy
karabin maszynowy. Bezpośrednio przed karabinem stoi płyta
pancerna z jednym otworem. Znacznie dalej stoi druga płyta
z dwiema szczelinami - stąd nazwa tego słynnego doświadcze-
nia. Będę bardzo dużo mówił o tych szczelinach, dlatego od ra-
zu je ponumerujmy: oto szczelina nr l i szczelina nr 2. Jeszcze
dalej mamy ekran; może to być jakaś ściana, na której umieści-
my różne detektory. W przypadku pocisków za detektor może
posłużyć skrzynia z piaskiem, w którym zagłębiają się kule, tak
że możemy je policzyć. Zamierzam wykonać eksperyment, że-
Prawdopodobieństwo i niepewność
139
2.
Ryć. 6. l
by stwierdzić, ile pocisków trafia w detektor, czyli w skrzynię
z piaskiem, w zależności od położenia detektora. W celu okre-
ślenia położenia skrzyni będę posługiwał się odległością od wy-
branego punktu; odległość tę oznaczam symbolem x. Będę
mówił, że coś się dzieje, gdy zmieniamy x, ale to oznacza tylko,
że poruszam skrzynię w górę lub w dół. Przede wszystkim mu-
szę wprowadzić trzy modyfikacje w porównaniu z sytuacją,
gdybyśmy mieli do czynienia z prawdziwymi pociskami. Po
pierwsze, przyjmuję, że karabin jest bardzo kiepski i rozkleko-
tany, przeto pociski lecą w różnych kierunkach, tak że możliwe
są nawet rykoszety od płyt pancernych. Po drugie, powinniśmy
założyć, choć nie jest to bardzo ważne, że wszystkie pociski
mają taką samą prędkość, a zatem również energię