Фотон, который не может определиться: космический эксперимент Франческо Ведовато и Паоло Виллорези

Квантовая физика по-прежнему преподносит ученым сюрпризы. Загадочная природа кванта заставляет их снова и снова проводить эксперименты, результаты которых оказываются неоднозначными и противоречивыми.

Очередной эксперимент с фотоном провели ученые из Падуи (Италия) – Франческо Ведовато и Паоло Виллорези. Результаты, опубликованные в журнале Science Advances («Научные достижения») произвели в кругах любопытствующих большое впечатление, быстро распространившись на просторах онлайн-ресурсов.

Попробуем разобраться, почему итоги космического опыта итальянцев стали неожиданностью, и какие перспективы открываются для физиков в дальнейшем.

 

Цели эксперимента и интерферометр Маха-Цендера

Конечной целью опыта было в который раз понять, что такое фотон. Классическая физика определяет его как элементарную частицу – квант света, для которого характерен дуализм: он проявляет себя и как частица, и как волна. Причем, его природа определяется в зависимости от того, каким его хотят получить ученые. Значит, сам квант до конца не определяется, это так называемый «отложенный выбор».

Для опытов с фотоном применялся интерферометр Маха-Цендера. Это прибор, который состоит из 2-х источников света (фотонов), 2-храсщепителей светового луча (потока фотонов), 2-х зеркальных отражателей и на выходе – 2-х детекторов фотонов.

 

Цепочка движения луча выглядит следующим образом: изначально лучи света попадают в расщепитель № 1, выходят из него под прямым углом, отражаются от зеркал и опять под углом в 90 градусов попадают в расщепитель № 2. Расходящиеся снова под прямым углом потоки света попадают в два детектора по случайному порядку. Наблюдения показали, что, если эксперимент происходит именно таким образом, то детекторы улавливают фотоны в волновой форме. Если же из цепочки удалить расщепитель №2, в детекторах по принципу того же случайного выбора оказываются частицы.

Таким образом, убирая второй расщепитель, исследователи определяют природу фотона как частицу, не убирая – как волну. Интересно в этой ситуации то, что фотон даже после прохождения в первом расщепителе и преображения в отражателе не определяется со своей природой, хотя по всем классическим законам физики – уже должен был. Однако такой вывод был получен в стационарных условиях, итальянские же ученые решили пойти дальше, и посмотреть, как поведет себя загадочный фотон в условиях космических пространств и расстояний.

 

Орбитальный спутник вместо отражателя

Местом проведения исследования был выбран город на юге Италии – Матера. Космический масштаб эксперимента повлек за собой неизбежное преобразование интерферометра Маха-Цендера. Лучи, пройдя через первый расщепитель, направлялись к преображателям (в данном случае – орбитальным спутникам) с помощью лазерного телескопа. К моменту возвращения потока фотонов во второй расщепитель, эксперимент не давал результатов, сколько-нибудь отличных от тех, что были получены в стационарных условиях. Не устраняя расщепитель № 2, детекторы улавливали волны, устраняя – квантовые частицы. Разница была разве что во времени: возвращающиеся лучи без прохождения через 2-ой расщепитель показывали отставание во времени.

 

Итоги эксперимента Ведовато и Виллорези

Как показал опыт итальянских ученых, космические расстояния и пространства не меняют суть фотона – он всегда задерживает, или откладывает проявление одной из сторон своей природы. Когда на него производится воздействие, он ведет себя как волна, когда воздействия нет – как частица. Изюминкой опыта стало понимание того, что,

принимая решение в настоящем, человек может влиять на жизнь частицы в ее прошлом.

То есть в отношении кванта принцип причинно-следственной связи не работает. Это, в свою очередь, означает, что квантовая физика демонстрирует иные связи, чем физика, руководствующаяся теорией относительности. К каким итогам приведет взаимодействие двух концепций, покажет будущее.

FollowFb.Ins.
...

This is a unique website which will require a more modern browser to work!

Please upgrade today!