Квантовые чудеса: эксперимент доказывает, что будущее может изменять прошлое

Тип статьи:
Рецензия

Мир квантовой физики трудно понять с точки зрения здравого смысла. Материя может быть одновременно сконцентрирована в одной точке и размазана в пространстве. Тому и другому имеются экспериментальные доказательства, но есть свидетельства ещё более загадочных явлений.

Корпускулярно-волновой дуализм

Фотон обладает одновременно свойствами частицы и волны. Это явление обозначается термином «корпускулярно-волновой дуализм». Великий Исаак Ньютон считал, что свет является потоком частиц, но уже его современник Христиан Гюйгенс находил у света волновые свойства. Борьба двух теорий продолжалась практически до ХХ века, когда выяснилось, что они обе справедливы.

Эксперимент Юнга

Чтобы доказать волновую природу света в 1803 году английский учёный Томас Юнг провёл свой знаменитый эксперимент с двумя щелями. На самом деле щелей было три. Свет от источника направляется на щель, прорезанную в металлическом листе, и таким образом, из него вырезается один узкий луч. Это нужно для того, чтобы создать два когерентных источника излучения. В другом таком же листе, прорезаются две параллельные щели с ровными краями. Ширина щелей сравнима с длиной световой волны. Перпендикулярно плоскости второго листа на них посылается расходящийся конус света от первой щели.

В результате на проекционном экране, на который падает свет от двух щелей, получается неожиданная картина: система ярких и темных полос. Если свет источника был белым, то полосы будут радужными, а если цветным, то соответственно окрашенным, а казалось бы, там должны появиться две яркие полоски. Это чисто волновое явление называется интерференцией, то есть наложением волн друг на друга.

Фотон «не хочет» быть зарегистрированным

Если выпустить из первой щели только один фотон, то все равно будет видна интерференционная картина. Частица проинтерферирует сама с собой. Она как бы проходит одна сразу через две щели. Такой результат наблюдался постоянно.

Что, если частица всё же пролетит только через одну щель? Если наблюдатель попытается установить, через какую щель она это сделает, то она тут же потеряет волновые свойства и будет вести себя, как корпускула. Фотоны ведут себя по-разному, в зависимости от того, ведётся за ними наблюдение или нет. Если попытаться каким-либо способом определить, через какую щель прошёл фотон, то он не позволит этого сделать.

Мысленный эксперимент Уилера

Со времен опыта Юнга прошло много лет. Учёные углубились в дебри квантовой механики и стали проводить изощренные эксперименты, определяя свойства частиц микромира. Основой последних разработок послужил мысленный эксперимент Джона Арчибальда Уиллера, предложенный им в 1978 году.

Согласно его предложению, за проекционным экраном надо расположить два детектора, каждый из которых следит только за одной щелью. Проекционный экран произвольным образом убирают в моменты, когда фотон уже миновал щели и оказался между ними и детекторами.

Если экран не убрать, то на нём будет видна система интерференционных полос. Если же экран удалить, то возможны две ситуации: фотон регистрируется одним из детекторов как частица, или обоими детекторами в виде интерференционной картины. Реализуется первый вариант. Один из детекторов принимает фотон.

Это могут не только фотоны

В разных вариантах этих экспериментов фотоны заменяли достаточно крупными объектами, например, атомами гелия. О волновой природе всех элементарных частиц писал один из основоположников квантовой механики французский физик Луи де Бройль. И вот оказывается, двойственная природа присуща не только элементарным частицам, но даже атомам.

Когда частица подлетает к листу с двумя щелями, она непонятно как узнаёт, что её собираются обнаружить. Пока она ещё находится на этой стороне, она должен решить, кем её быть: частицей или волной. После попадания на другую сторону листа решать это будет поздно, экран вовремя уберут. Когда такой опыт был осуществлён на практике, то выяснилось, что, пока есть экран, на нем видна система полос, а если его нет, то один из детекторов регистрирует частицу. Воля экспериментатора руководила решением частицы до её подлёта к листу со щелями.

Вывод из этих наблюдений следующий: либо будущее командует прошлым, либо в толковании результатов содержится ошибка. Антропоморфизм в описании поведения квантов света возможно не совсем уместен, но уж больно непостижимым образом они себя ведут. Наверное, это не последний сюрприз, преподносимый квантовой механикой.

Если эти квантовые эксперименты верны, мы могли бы переписать нашу собственную историю и одновременно изменить будущие результаты. Представьте себе миры, которые мы могли бы создать!

Источник.

23:08
63
RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!