На первой лекции мы обнаружили, что у нас нет наглядного механизма для описания даже такого простейшего явления, как частичное отражение света от стекла. Кроме того, мы не можем предсказать, отразится ли данный фотон, или пройдет сквозь стекло. Все, что мы можем сделать – посчитать вероятность конкретного события – отражения света в данном случае. (Она равна примерно 4 %, когда свет прямо падает на одиночную поверхность стекла; при наклонном падении вероятность отражения возрастает.)

Если мы имеем дело с вероятностями в обычных условиях, выполняются следующие «правила соединения»: 1) если событие может произойти взаимоисключающими способами, мы складываем вероятности всех различных способов; 2) если событие происходит поэтапно или в результате ряда независимых событий, мы перемножаем вероятности всех этапов (или событий).

В фантастическом и удивительном мире квантовой физики вероятности вычисляются как квадраты длин стрелок. Там, где в обычных условиях мы сложили бы вероятности, мы неожиданно для себя «складываем» стрелки; там, где умножили бы вероятности – «перемножаем» стрелки. Необычные ответы, получаемые при вычислении вероятностей таким способом, прекрасно соответствуют результатам эксперимента. Мне как раз очень нравится, что мы должны прибегать к таким необычным правилам и странным рассуждениям, чтобы понять Природу, и я всегда с удовольствием рассказываю об этом. За этим анализом Природы нет никакого скрытого механизма, «колесиков и шестеренок». Если вы хотите понять Ее, вы должны принять это.

Прежде чем перейти к основной части этой лекции, хочу показать вам еще один пример поведения света. Я расскажу об очень слабом свете одного цвета, который распространяется из источника S в детектор D (см. рис. 49) в виде одиночных фотонов. Поместим экран между источником и детектором и проделаем в нем два очень маленьких отверстия в точках А и В, находящихся на расстоянии в несколько миллиметров друг от друга. (Если расстояние между источником и детектором 100 сантиметров, размер дырочек должен быть меньше, чем десятая доля миллиметра.) Пусть точка А лежит на одной прямой с точками S и D, а точка В – несколько в стороне от А, не на этой прямой.

Рис. 49. Через каждое из двух маленьких отверстий (в точках A и В экрана, расположенного между источником S и детектором D, в случае, если открыто только одно) проходит примерно одинаковое количество света (в данном случае 1 %). Когда открыты оба отверстия, происходит «интерференция». Детектор щелкает от 0 до 4 % случаев в зависимости от расстояния между А и В (см. рис. 51, а).

Закрыв отверстие в В, получим в D некоторое количество щелчков, представляющих фотоны, прошедшие через А (скажем, детектор щелкает в среднем один раз на каждые 100 фотонов, испускаемых источником S, т. е. в 1 % случаев). Мы знаем из второй лекции, что если закрыть отверстие в А и открыть отверстие в В, получится примерно такое же, в среднем, количество щелчков – так как отверстия очень маленькие. (Когда мы слишком «сжимаем» свет, правила обычного мира – например, что свет распространяется прямолинейно – нарушаются.) Когда мы открываем оба отверстия, то получается сложный результат, связанный с наличием интерференции. При некотором расстоянии между отверстиями мы получаем щелчков больше, чем ожидаемые 2 % (вплоть до ~ 4 %); а чуть изменив это расстояние, вообще не получаем щелчков.