Направление, сейчас оно должно переориентироваться —

Электрон всегда вращается, его спин никогда не останавливается — но его вращение может полностью не иметь определённого направления: вы в каком направлении задаёте ему вопрос, он всегда говорит вам, что его спин в этом направлении либо +1/2, либо -1/2. Вы меняете направление и снова спрашиваете, он также полностью выражает свою позицию.

Если я вынужден провести аналогию, электрон похож на такого «старика Чжана». Вы спрашиваете старика Чжана, какую партию он поддерживает в США, старик Чжан говорит, что он профессиональный политический активист, половину времени он активно поддерживает республиканскую партию, а половину времени активно поддерживает демократическую партию. Затем вы снова спрашиваете старика Чжана, верит ли он в теорию глобального потепления, старик Чжан говорит, что он профессиональный активист климатического движения, половину времени он активно пропагандирует теорию глобального потепления, а половину времени активно выступает против теории глобального потепления.

Вы думаете, что старик Чжан может одновременно занимать две противоположные позиции, это уже достаточно удивительно — но ещё более удивительно то, почему он всё делает «профессионально»? Он профессиональный политик или профессиональный активист климатического движения? Чем занимается старик Чжан?

Что делает электрон, полностью зависит от того, как вы его спрашиваете. Поняв это, теперь мы можем поговорить о том, как понимать квантово-механические явления.

Это более позднее и глубокое понимание называется «проекционный постулат фон Неймана» (projection postulate). Оно происходит от математика и физика, отца информатики и отца теории игр Джона фон Неймана. Фон Нейман, возможно, был самым умным человеком современности [3], но не пугайтесь его репутации, смысл того, что мы хотим сказать, очень прост —

Во-первых, каждое квантовое состояние можно разложить на серию основных квантовых состояний.

Во-вторых, после одного экспериментального наблюдения система «схлопывается» в одно из состояний e_i. Какое именно состояние схлопывается, определяется квадратом абсолютного значения коэффициента c_i.

В-третьих, с этого момента система остаётся в состоянии e_i. Но если в этом состоянии e_i есть неопределённость, систему можно снова наблюдать в другом состоянии, используя разложение квантового состояния.

Согласно этому пониманию, что такое волновая функция Шрёдингера? Это не что иное, как непрерывное разложение квантового состояния в двух аспектах: положении и импульсе. Почему электрон, ударяясь о экран, становится частицей? Потому что неопределённость исчезла, нет больше суперпозиции состояний. Почему электрон, который уже выразил своё состояние в направлении z, всё ещё может выразить своё состояние в направлении x? Потому что существует неопределённость и можно продолжать раскладывать в суперпозицию состояний.

Квантовая механика — это наука о выражении позиции, эксперимент — это манипуляция с неопределённостью.

Имея спин, мы можем использовать квантовую механику для объяснения того, почему всё в мире выглядит так, как мы видим, об этом мы поговорим в следующей лекции.