Однако в квантовой физике такая ситуация является лишь одной из возможных. Состояния системы, когда возможен либо один вариант, либо другой, в квантовой механике называют смешанными. Это состояния, которые нельзя описать с помощью волновой функции из-за неизвестности компонент, обусловленных её взаимодействием с окружением. Они описываются т. н. матрицей плотности. В этом случае можно говорить только о вероятности различных исходов экспериментальных измерений. Волновую функцию часто называют ещё вектором состояния.
Сейчас хорошо известно, что в природе имеет место и совершенно другая ситуация, когда объект находится в нескольких состояниях одновременно, т. е. имеет место наложение двух или большего числа состояний друг на друга. И не просто наложение, а наложение без какого-либо взаимного влияния. Например, экспериментально доказано, что одна частица может одновременно проходить через две щели в непрозрачном экране. Частица, проходящая через первую щель — это одно состояние. Та же частица, проходящая через вторую щель — другое состояние. И эксперимент показывает, что наблюдается сумма этих состояний! Т. е. частица одновременно проходит через две щели! В таком случае говорят о суперпозиции состояний.
Речь идет о квантовой суперпозиции (когерентной суперпозиции), т. е. о суперпозиции состояний, которые не могут быть реализованы одновременно с классической точки зрения. Т. е. это суперпозиция альтернативных (взаимоисключающих с классической точки зрения) состояний, которая не может быть реализована в классической физике. Далее под словом "суперпозиция" понимается именно квантовая суперпозиция.
Наличие этих двух типов состояний — смеси и суперпозиции — является узловым для понимания квантовой картины мира. Другой важной для нас темой будут условия перехода суперпозиции состояний в смесь и наоборот. Эти и другие вопросы мы разберём на примере знаменитого двухщелевого эксперимента.
Для начала возьмём пулемёт, и проведём мысленно эксперимент, показанный на рис. 1.
