Смысл этой концепции заключается в том, что элементарная частица проявляет себя либо как волна, либо как частица в зависимости от того, какой эксперимент над ней ставят. В экспериментах, где материя рассматривается как собрание отдельных частиц, и измеряются свойства частиц – положение, скорость, количество – частицы ведут себя как частицы – маленькие шарики, имеющие положение, массу и скорость. В других экспериментах, где та же самая материя рассматривается как волна, и измеряются ее волновые свойства – частота, амплитуда, интерференционная картина – та же самая материя ведет себя как волна. Такое странное положение вещей было обнаружено в ходе так называемого «двухщелевого эксперимента», в котором поток электронов пролетал через стенку с одной или двумя щелями.
Для начала вспомним, как ведет себя при прохождении через отверстие поток частиц, и как ведет себя волна. Если мы стреляем из пулемета по щели в стене, то часть пуль пролетает прямо через щель, часть попадает мимо щели и застревает в стенке, а небольшая часть попадает в щель неточно, ударяется о ее край и немного отклоняется от прямой линии. Если за стенкой с щелью стоит еще одна стенка – назовем ее «экран», – то основная часть пуль окажется на экране прямо напротив щели, и по мере удаления от середины количество отклонившихся пуль будет плавно уменьшаться. Если мы изобразим плотность пуль на графике, то он будет иметь вид колокола.
Теперь представим себе немного другой эксперимент. В прямоугольной ванне мы пускаем от одной стенки прямую волну, а посередине ванны ставим еще одну стенку с щелью. Волна достигнет этой стенки, пройдет в щель, но дальше пойдет уже не прямая, а круглая, как будто от точечного источника. Можно представить себе, что на месте щели упал в воду камешек, и от него пошли круговые волны. Когда эта круглая волна достигнет экрана на дальней стенке ванны, то мы увидим на экране не колокол, а волнистую линию.
Если мы в обоих этих экспериментах заменим стенку с одной щелью на стенку с двумя щелями, то результаты будут примерно такими же, как и с одной. Пули за двумя щелями на экране лягут гуще посередине и реже по краям, получится два колокола. Волны от двух щелей перемешаются, но останутся волнами и создадут на экране сложную волнистую линию.
Пока что все описывается чисто классическими уравнениями: пули – это частицы, а волна – это волна. Не так с электронами или другими элементарными частицами.
Представим себе, что электронная пушка выпускает ровный поток электронов, которые летят в сторону стенки с щелью. Если поток электронов пролетает через одну щель, то детектор на экране нарисует график плотности прилетевших на нее электронов в виде колокола,