Намагаючись зрозуміти квантову поведінку електронів, ми зіставимо її зі звичними нам рухами звичайних частинок, схожих на кулю, і звичайних хвиль, схожих на хвилі на воді. Спершу ми займемося стрільбою з пристрою, схематично показаного на фіг. 37.1. Це кулемет, що випускає цілий сніп куль. Він не дуже хороший, цей кулемет. При стрільбі його кулі розсіюються на досить широкий кут, як це зображено на малюнку. Перед кулеметом стоїть плита (броньована), а в ній є дві дірки, крізь які куля вільно проходить. За плитою розташований земляний вал, який «поглинає» кулі, що в нього влучили. Перед валом стоїть предмет, який ми назвемо «детектором». Ним може слугувати, скажімо, ящик з піском. Будь-яка куля, влучивши в детектор, застрягає в ньому. Якщо потрібно, ящик відкривають і всі кулі, що потрапили всередину, перераховують. Детектор можна пересувати вперед і назад (у напрямку х). Цей прилад дозволяє експериментально відповісти на запитання: «Яка ймовірність того, що куля, яка проникла крізь плиту, влучить у вал на відстані х від середини?» Зауважте, що ми говоримо лише про ймовірність, тому що неможливо сказати напевно, куди влучить чергова куля. Куля, навіть та, що потрапила в дірку, може відбитися рикошетом від її краю і полетіти взагалі невідомо куди. Під «ймовірністю» ми розуміємо шанс влучити кулею в детектор, який встановлений на відстані х метрів від середини. Цей шанс можна виміряти, підрахувавши, скільки куль потрапило в детектор за певний час, а потім поділивши це число на повне число куль, що потрапили у вал за той самий час. Або, вважаючи, що швидкість стрільби була однаковою, можна вважати ймовірність пропорційною числу куль, що потрапили в детектор за умовлений час.
Для наших цілей треба уявити дещо ідеалізований дослід, коли кулі не дають осколків і залишаються цілими. Тоді ми виявимо, що кулі завжди потрапляють у детектор порціями: якщо вже ми щось намацали в детекторі, то це завжди ціла куля, а не половина і не чвертка. Навіть коли швидкість стрільби стає дуже малою, все одно в детекторі за певний час або нічого не накопичується, або виявляється ціле — неодмінно ціле — число куль. Отже, розмір порції не залежить від швидкості стрільби. Ми говоримо тому: «Кулі завжди приходять рівними порціями». За допомогою нашого детектора ми вимірюємо якраз ймовірність приходу чергових порцій як функцію х. Результат таких вимірювань (ми, щоправда, поки що не провели такого експерименту і зараз просто уявляємо, яким буде результат) зображений на графіку фіг. 37.1,в. Ймовірність на ньому відкладена вправо, а х — по вертикалі, узгоджуючись з рухом детектора. Ймовірність позначена Р12, щоб підкреслити, що кулі могли проходити і крізь отвір 1, і крізь отвір 2. Ви, звісно, не здивуєтеся, що ймовірність P12 поблизу середини графіка велика, а по краях мала. Вас може, однак, збентежити, чому найбільше значення P12 опинилося при х = 0. Це легко зрозуміти, якщо один раз провести дослід, заткнувши дірку 2, а інший раз — дірку 1. У першому випадку кулі зможуть проникати лише крізь дірку 1, і вийде крива Р1 (див. фіг. 37.1,б). Тут, як і слід було очікувати, максимум Р1 припадає на те х, яке лежить по прямій від кулемета крізь дірку 1. А якщо заткнути дірку 1, то вийде симетрична крива Р2 — розподіл ймовірностей для куль, що проскочили крізь отвір 2. Порівнявши частини б і в на фіг. 37.1, ми отримуємо важливий результат
Зображення
тобто ймовірності просто складаються. Дія двох дірок складається з дій кожної дірки окремо. Цей результат спостережень ми назвемо відсутністю інтерференції з причини, про яку ви дізнаєтеся пізніше. На цьому ми покінчимо з кулями.
Вони приходять порціями, і ймовірність їхнього влучення складається без інтерференції.