Language
Country/Area
No result found
Тайный выбор фотона: можно ли на самом деле определить его поведение только после постановки эксперимента?
Глубины квантовой физики часто бросают вызов нашему базовому пониманию реальности, примером чего служат эксперименты Джона Арчибальда Уиллера с отложенным выбором в 1978 и 1984 годах. Эти мысленные эксперименты подчеркивают основную идею квантовой теории, предполагающую, что фотонам не следует сообщать какую-либо конкретную субстанцию во время их полета от точки входа до конечных моментов.
Эти эксперименты закрыли лазейку в традиционном эксперименте с двумя щелями, показав, что квантовое поведение зависит от экспериментальной установки.
Концепция отложенного выбора нарушает наше понимание причинности, особенно когда речь идет о том, как фотон света «решает» двигаться как частица или волна. Первые исследователи утверждали, что фотоны, по-видимому, «чувствуют» экспериментальную установку, через которую они проходят, и соответствующим образом корректируют свое поведение.
Концепция Уиллера об эксперименте с отложенным выбором
Эксперимент Уиллера с отложенным выбором продемонстрировал, что модель распространения не может последовательно объяснить квантовую теорию. В этом эксперименте фотоны имеют два равных пути от источника до детектора. Суть этого эксперимента в том, что выбор между двумя путями откладывается до момента непосредственно перед испытанием.
Цель состоит в том, чтобы гарантировать, что любая частица или волна, проходящая через квантовую систему, пересекла два различных пути, прежде чем выбрать способ продолжения эксперимента.
Или с точки зрения «космического интерферометра» Уилер представил себе квазар, находящийся на расстоянии миллиардов световых лет от нас, который искривляет и интерферирует свет, проходящий через огромную галактику. Когда фотоны движутся в направлении Земли, им приходится «решать», будут ли они обходить эту огромную галактику как частицы или как волны, выбирая оба пути одновременно.
Вселенская версия эксперимента
Когда такие фотоны достигнут Земли, астрономические наблюдения увидят изображение двух квазаров, разделенных эффектом гравитационной линзы. Некоторые исследователи отмечают, что если фотон испускается как частица, его можно обнаружить только в один телескоп. Выбор фотонов, по-видимому, был определен сотни миллионов лет назад. Однако исследователи начали усложнять эту схему, направляя выходной сигнал двух телескопов на светоделитель.
Результаты наблюдений этой системы оказались неожиданными: один выход показал сильную интерференцию, тогда как другой был почти нулевым, что указывает на то, что фотоны испытывали в этом процессе самокомпенсирующие квантовые эффекты.
Уилер пошел еще дальше и начал задаваться вопросом, означает ли все это, что поведение фотонов можно проследить и отобрать самостоятельно. Другими словами, когда астрономы в определенный момент времени устанавливают или убирают светоделитель, эти фотоны, появившиеся миллионы лет назад, могут ретроспективно сделать другой выбор, что захватило воображение людей.
Обсуждение и размышление по поводу эксперимента с двумя щелями
Идею отложенного выбора можно найти и в классическом эксперименте с двумя щелями. Если настроить систему на основе поведения фотонов, как будет по-разному проходить свет через двойные щели в зависимости от оборудования для обнаружения? Многих ли ученых смущает этот вопрос? Двухщелевой эксперимент раскрывает корпускулярно-волновой дуализм и побуждает людей задуматься: как фотон становится волной или частицей в момент «решения»?
Предсказуемые результаты эксперимента не изменились независимо от того, был ли вставлен или удален экран обнаружения, что бросает вызов нашему фундаментальному пониманию квантовых явлений.
В этом задании ученые также начали изучать интерпретацию Бома, которая гласит, что фотоны или электроны следуют законам классической физики и на этой основе подвергаются влиянию квантового потенциала. Эта теория предлагает иной взгляд на связь между квантовым поведением и историей, но эта точка зрения также сталкивается с проблемой несовместимости с теорией относительности.
Будущие эксперименты и мысли
Исследователи, работающие над разработкой экспериментов с отложенным выбором на основе квантовых эффектов, наконец раскрыли глубокую структуру корпускулярно-волнового дуализма. Эти экспериментальные исследования не только расширяют наше понимание квантового мира, но и побуждают переосмыслить роль наблюдателей. Как показывают последние эксперименты с отложенным выбором, их границы с классической физикой становятся все более размытыми, и они представляют собой новые явления сосуществования волн и частиц.
По мере развития экспериментов научное сообщество приближается к ключевому вопросу: действительно ли поведение фотонов определяется нашим выбором? Может быть, на более глубоком уровне все это всего лишь часть сложного механизма природы?
