Language
Country/Area
No result found
Двойственная идентичность фотонов: как один эксперимент показал, являются ли фотоны волнами или частицами?
Наш мир наполнен интуитивным пониманием, однако на микроскопическом уровне мы часто сталкиваемся с явлениями, которые радикально отличаются от нашего повседневного опыта. Двойственная природа фотонов — одна из самых интересных проблем квантовой физики. В 1998 году Юн-Хо Ким и его коллеги провели новаторский эксперимент с квантовым ластиком с отложенным выбором, углубив корпускулярно-волновое поведение фотонов при их прохождении через двойную щель и поставив под сомнение наше понимание причинно-следственной связи.
Логика квантового стирания
<р> «Если фотон выглядит как частица, то он должен был пройти определенный путь, чтобы добраться до детектора; если он выглядит как волна, то он, по-видимому, прошел все пути одновременно».
В базовом эксперименте с двумя щелями струя света проходит через стену с двумя параллельными щелями. Если вы посмотрите на другую сторону экрана обнаружения, вы увидите интерференционную картину чередующихся ярких и темных цветов. Это говорит о том, что каждая частица интерферирует сама с собой, проходя через щели, то есть создается впечатление, что частица проходит через обе щели одновременно, что крайне не соответствует поведению объектов в нашем повседневном опыте.
Однако, если поместить детектор у двойных щелей, чтобы определить, через какую щель прошел фотон, интерференционная картина немедленно исчезает. Это является отражением принципа дополнительности: поведение фотона как частицы и как волны невозможно наблюдать одновременно. Это побудило исследователей изучить вопрос о том, как найти баланс между сохранением информации о пути и эффектами помех.
Эксперимент с квантовым ластиком с отложенным выбором
Эксперимент с квантовым ластиком с отложенным выбором возник из идей Уиллера. Суть этого эксперимента заключается в наблюдении или выяснении вопроса о том, имеет ли фотон определенный путь и можно ли принять решение после того, как фотон достигнет детектора. Логика этого заключается в том, что поведение фотона меняется в зависимости от того, решаем ли мы записывать или стирать информацию о его пути.
<р> «В этом эксперименте мы можем выбрать, стирать ли информацию о пути даже после того, как фотон достиг детектора, с помощью отложенного отбора».
Это показывает, что даже если траектория фотона уже содержит информацию, будущее удаление этой информации все равно может изменить поведение фотона, что, по-видимому, бросает вызов закону причинности. Ким и др. исследовали эту корреляцию, создав пару фотонов, что привело к квантовому стиранию. Пара фотонов состоит из двух запутанных фотонов, один из которых называется «сигнальным фотоном», а другой — «четным фотоном».
Экспериментальные результаты
В эксперименте, когда сигнальный фотон попадает в детектор, обнаружение четного фотона задерживается во времени, что означает, что влияние нашего наблюдения на сигнальный фотон регулируется состоянием обнаружения четного фотона. Когда четные фотоны наблюдаются на детекторе, который может отображать информацию о пути, сигнальные фотоны покажут простую дифракционную картину, и никакого эффекта интерференции не возникнет; и наоборот, когда четные фотоны наблюдаются в ситуации, когда информация о пути не может быть отображена, сигнальные фотоны покажут интерференционную картину.
<р> «Это открытие показывает, как выбор наблюдения может иметь фундаментальное влияние на поведение фотонов, вплоть до того, что возникают сомнения относительно синхронизации причины и следствия».
Значимость этого эксперимента в том, что он не только демонстрирует чудеса квантовой физики, но и бросает вызов нашему фундаментальному пониманию реальности. Он как будто спрашивает нас: можете ли вы принять, что акт наблюдения может изменить прошлые события? В этом квантовом мире течение времени кажется размытым. Действительно ли наше наблюдение имеет силу изменять природу вещей? Заключение
Эксперимент с квантовым ластиком с отложенным выбором — это не только обсуждение поведения материи, но и глубокое размышление о взаимосвязи между временем и причинностью. Ведут ли фотоны себя как волны или частицы в квантовом мире, может зависеть от того, как мы выбираем их наблюдать. Это заставляет нас задуматься: сколько непонятных тайн мы все еще можем хранить в себе с нашей чрезмерно рациональной точки зрения?
