Эксперимент с двойной щелью Юнга

Теории распространения света в 17-18 вв.

В этот период многие ученые предложили волновую теорию света, основанную на экспериментальных наблюдениях, в том числе Роберт Гук , Христиан Гюйгенс и Леонард Эйлер . Однако Исаак Ньютон , который провел много экспериментальных исследований света, отверг волновую теорию света и разработал корпускулярную теорию света, согласно которой свет излучается светящимся телом в виде крошечных частиц. Эта теория господствовала до начала девятнадцатого века, несмотря на то, что многие явления, в том числе эффекты дифракции на краях или в узких отверстиях, цвета в тонких пленках и крыльях насекомых, а также очевидная неспособность легких частиц сталкиваться друг с другом, когда две пересекающиеся световые лучи не могли быть адекватно объяснены корпускулярной теорией, у которой, тем не менее, было много выдающихся сторонников, включая Пьера-Симона Лапласа и Жан-Батиста Био .

Квантовый Чеширский кот и физика

В 2014 году Тобиас Денкмайр и его коллеги разделили поток нейтронов на два пучка и провели серию сложных измерений. Выяснилось, что при определенных обстоятельствах нейтроны могут находиться в одном пучке, а их же магнитный момент в другом пучке. Таким образом был подтвержден квантовый парадокс улыбки Чеширского кота, когда частицы и их свойства могут находиться по нашему восприятию в разных частях пространства, как улыбка отдельно от кота в сказки «Алиса в стране чудес». В очередной раз квантовая физика оказалась загадочней и удивительней любой сказки! (Подробно, видео англ.)

(Графическая версия статьи)

Спасибо за чтение! Теперь вы стали немного умнее и от этого наш мир чуточку посветлел. Поделитесь ссылкой на эту статью с друзьями и мир станет еще лучше!

Автор Михаил Радуга, www.aing.ru (Книга «Фаза»)

использованная литература

дальнейшее чтение

  • Аль-Халили, Джим (2003). Quantum: Руководство для недоумевших . Лондон: Вайденфельд и Николсон. ISBN 978-0-297-84305-4.
  • Анантасвами, Анил (2018). Через две двери одновременно: элегантный эксперимент, раскрывающий загадку нашей квантовой реальности . Даттон / Пингвин. ISBN 978-1-101-98609-7.
  • Франк, Филипп (1957). Философия науки . Прентис-Холл.
  • Французский, AP; Тейлор, Эдвин Ф. (1978). Введение в квантовую физику . Нортон. ISBN 978-0-393-09106-9.
  • Грин, Брайан (2000). . Винтаж. ISBN 978-0-375-70811-4.
  • Грин, Брайан (2005). . Винтаж. ISBN 978-0-375-72720-7.
  • Гриббин, Джон (1999). Вопрос для Quantum: Физика элементарных частиц от А до Z . Вайденфельд и Николсон. ISBN 978-0-7538-0685-2.
  • Sears, Фрэнсис Уэстон (1949). Оптика . Эддисон Уэсли.
  • Типлер, Пол (2004). Физика для ученых и инженеров: электричество, магнетизм, свет и элементарная современная физика (5-е изд.). WH Freeman. ISBN 978-0-7167-0810-0.

Приложения [ править ]

Оптическая интерферометрия

Интерферометрия сыграла важную роль в развитии физики, а также имеет широкий спектр приложений в физических и технических измерениях.

Двухщелевой интерферометр Томаса Юнга в 1803 г. продемонстрировал интерференционные полосы, когда две маленькие дырочки освещались светом из другой маленькой дыры, освещенной солнечным светом. Янг смог оценить длину волны разных цветов в спектре по расстоянию между полосами. Эксперимент сыграл важную роль в принятии волновой теории света.
В квантовой механике считается, что этот эксперимент демонстрирует неразделимость волновой и частичной природы света и других квантовых частиц ( дуальность волна-частица ). Ричард Фейнман любил говорить, что вся квантовая механика может быть получена путем тщательного обдумывания последствий этого единственного эксперимента.

Результаты эксперимента Майкельсона – Морли обычно считаются первым убедительным доказательством против теории светоносного эфира и в пользу специальной теории относительности .

Интерферометрия использовалась для определения и калибровки стандартов длины . Когда измеритель был определен как расстояние между двумя отметками на платино-иридиевом стержне, Майкельсон и Бенуа использовали интерферометрию для измерения длины волны красной линии кадмия в новом стандарте, а также показали, что его можно использовать в качестве эталона длины. Шестьдесят лет спустя, в 1960 году, метр в новой системе СИ был определен как равный 1 650 763,73 длинам волн оранжево-красной эмиссионной линии в электромагнитном спектре атома криптона-86 в вакууме. Это определение было заменено в 1983 году определением метра как расстояния, пройденного светом в вакууме за определенный промежуток времени. Интерферометрия по-прежнему играет важную роль в установлениикалибровочная цепочка при измерении длины.

Интерферометрия используется при калибровке датчиков скольжения (называемых в США мерными блоками) и в координатно-измерительных машинах . Он также используется при тестировании оптических компонентов.

Радиоинтерферометрия

Very Large Array , Интерферометрическое массив формируется из множества небольших телескопов , как и многие крупные радиотелескопы .

В 1946 году была разработана методика, получившая название астрономической интерферометрии . Астрономические радиоинтерферометры обычно состоят либо из решеток параболических антенн, либо из двумерных решеток всенаправленных антенн. Все телескопы в группе широко разделены и обычно соединяются вместе с помощью коаксиального кабеля , волновода , оптического волокна или другого типа линии передачи . Интерферометрия увеличивает общий собираемый сигнал, но ее основная цель — значительно увеличить разрешение с помощью процесса, называемого синтезом апертуры.. Этот метод работает путем наложения (интерференции) сигнальных волн от разных телескопов по принципу, согласно которому волны, совпадающие с одной и той же фазой, будут складываться друг с другом, в то время как две волны с противоположными фазами будут нейтрализовать друг друга. Это создает комбинированный телескоп, который по разрешению (но не по чувствительности) эквивалентен одиночной антенне, диаметр которой равен разносу антенн, наиболее удаленных друг от друга в решетке.

Акустическая интерферометрия

Акустический интерферометр является инструментом для измерения физических характеристик звуковых волн в газе или жидкости, такой скорости , длины волны, поглощения или импеданса . Вибрирующий кристалл создает ультразвуковые волны, которые излучаются в среду. Волны падают на отражатель, расположенный параллельно кристаллу, отражаются обратно к источнику и измеряются.

Индивидуальные доказательства

  1. RE Аллен, HW Fowler, FG Fowler: Краткий Оксфордский словарь современного английского языка. Clarendon Press / Oxford University Press, Оксфорд / Нью-Йорк 1990, ISBN 0-19-861200-1 .
  2. Гельмут Линднер, Вольфганг Зибке (аранжировка): Физика для инженеров. Специализированная книга изд. Лейпциг-им-Карл-Хансер-Верл., Мюнхен / Вена, 2006, ISBN 978-3-446-40609-4 , стр. 389.
  3. А. Тономура, Дж. Эндо, Т. Мацуда, Т. Кавасаки, Х. Эзава: Демонстрация одноэлектронного наращивания интерференционной картины . В: Американский журнал физики . Лента57 , нет.2 , 1 февраля 1989 г., стр.117-120 , DOI : .
  4. Маркус Арндт, Олаф Наирц, Джулиан Вос-Андреэ, Клаудия Келлер, Гербранд ван дер Зоу, Антон Цайлингер: Волново-частичная двойственность молекул C 60 . В кн . : Природа
  5. Бьёрн Брезгер, Люсия Хаккермюллер, Стефан Уттенталер, Юлия Петчинка, Маркус Арндт, Антон Цайлингер: Интерферометр материальных волн для больших молекул . В: Physical Review Letters . Лента88 , нет.10 , 26 февраля 2002 г., стр.100404 , DOI : .
  6. Стефан Герлих, Сандра Эйбенбергер, Матиас Томандл, Стефан Ниммрихтер, Клаус Хорнбергер , Пол Дж. Фаган, Йенс Тюксен, Марсель Майор, Маркус Арндт: Квантовая интерференция больших органических молекул. В: Nature Communications 2, статья 263, doi: 10.1038 / ncomms1263
  7. Майкл Спрингер: Wave or Particle — тест с квантовым ластиком . В кн . : Спектр науки . Лента1 . Академическое издательство «Спектр наук», 1996.

Эксперимент с двумя щелями

В начале XIX века в научном сообществе, представители которого мыслили в духе детерминизма классической физики, всерьез встал вопрос о том, что представляет собой свет: частицы или волны. Ньютон считал, что свет состоит из мельчайших частиц, «корпускул», что и позволяет объяснить его преломление. С другой стороны, теория Гука-Гюйгенса приводит к выводу, что свет проявляет волновые свойства. Ключевым экспериментом, призванным конкретизировать природу света, стал опыт с двумя щелями, поставленный Томасом Юнгом в 1801 году. Именно Томас Юнг, опираясь на феномен интерференции волн, окончательно сформулировал волновую теорию света, которую проиллюстрировал при помощи своего знаменитого эксперимента:

Свет последовательно пропускается через два барьера, в первом из которых прорезана одна щель, а во втором — две. Если бы свет состоял из частиц-корпускул, то на экране, расположенном за вторым барьером, образовывалось бы две освещенные полосы, по одной напротив каждой из щелей. На самом же деле на экране образуется интерференционный узор, свидетельствующий, что свет распространяется по принципу волны. В 1818 году на основании этих данных Французская Академия выступила с вопросом о том, сможет ли кто-нибудь непротиворечиво объяснить природу света. В результате опытов Жака Френеля и Симеона Дени Пуассона на оставшуюся часть XIX века установилось представление о волновой природе света, которое было вновь оспорено только в 1900 году, когда Планк предложил вышеупомянутую концепцию «кванта». Промежуточным итогом, позволившим вписать физические свойства света в квантовую механику, стала теория корпускулярно-волнового дуализма, сформулированная Луи де Бройлем в 1924 году. Согласно этой теории, свет одновременно проявляет свойства волны и потока частиц.

На фоне такого развития событий в 1927 году Клинтон Дэвиссон и Лестер Джермер повторили эксперимент с двумя щелями на электронах, чтобы показать их дифракцию. Длина волны электрона зависит от энергии частицы, и оказалось, что электрон с энергией 100 эВ (электрон-вольт) имеет длину волны 0,1 нм, что весьма сопоставимо с расстоянием между атомами в кристаллической решетке. Поскольку к тому времени уже удалось получить дифракцию рентгеновских лучей в кристаллической решетке, дифракция электронов также дала ожидаемый результат: два пучка электронов, пропускаемых через две щели, оставляли на экране такие следы, которые должны оставаться от двух волн.

Именно тогда в полной мере началась эпоха квантовых парадоксов, на протяжении которой довелось узнать, что на микроуровне мир устроен существенно иначе, нежели на макроуровне, устроен абсурдно и контринтуитивно. Так, был обнаружен квантовый туннельный эффект, при котором квантовая частица с некоторой вероятностью может преодолеть барьер, непроницаемый для классической частицы. Была выявлена зависимость результата опыта от акта измерения, наиболее ярко представленная в виде мысленного эксперимента под названием «кот Шрёдингера» (а также его усложненного варианта под названием «друг Вигнера»):

Не вдаваясь в подробное описание этих экспериментов, отмечу: характер течения квантовых экспериментов ключевым образом зависит от присутствия или отсутствия наблюдателя. Так, в вышеупомянутой постановке двухщелевого эксперимента с электронами интерференционная картина сохраняется, только когда за ходом эксперимента никто не смотрит. Если эксперимент пронаблюдать, то происходит коллапс волновой функции частицы, и поток электронов разделяется надвое. Электроны начинают вести себя как корпускулы и оставлять на экране не интерференционный узор, а две полосы напротив двух щелей. Данное явление называется «декогеренцией». По какой-то причине поток частиц теряет квантовую согласованность и перестает вести себя как единая волна.

При этом в 1949 году советским ученым Биберману, Сушкину и Фабриканту удалось продемонстрировать, что дифракционные свойства присущи не только потоку электронов, но и отдельному электрону, проходящему через детектор. Буквально в процессе подготовки этой публикации, 20 августа 2021 года, появилась новость об экспериментальном подтверждении корпускулярно-волнового дуализма у одиночного фотона. Дифракцию одиночного фотона выполнила команда во главе с Тай Хён Юн из Южнокорейского института фундаментальных наук. Таким образом, квантовой механике подчиняются мельчайшие частицы наблюдаемого мира… а вот каковы самые крупные объекты, которые также ей подчиняются?

Квантовый туннелинг

В 1960 году Айвор Джайевер проводил электрические опыты со сверхпроводниками, разделенными микроскопической пленкой непроводящего ток оксида алюминия. Выяснилось, что вопреки физике и логике часть электронов все равно проходит через изоляцию. Это подтвердило теорию о возможности квантового туннельного эффекта. Он распространяется не только на электричество, но и любые элементарные частицы, они же волны согласно квантовой физике. Они могут проходить препятствия насквозь, если ширина этих препятствий меньше длины волны частицы. Чем препятствие уже, тем чаще частицы проходят сквозь них. (Подробно, видео)

Эффект наблюдателя простыми словами

В квантовой механике термин «наблюдатель» используется в значении, когда мы что-то измеряем. Если в макромире нам достаточно применить какой-либо измерительный прибор (например, нам нужно узнать длину простого карандаша — мы используем для этой цели линейку), чтобы узнать точное или приблизительное значение, то в микромире любая попытка наблюдения (измерения) изменит квантовую систему.

Объяснение эффекта наблюдателя простыми словами.

Проще всего это демонстрируется при помощи мысленного эксперимента Эрвина Шрёдингера.

Визуализация мысленного эксперимента Шредингера

Более поздние исследования показали, что наблюдение как изменение свойств объектов микромира распространяется не только на одну конкретную частицу, но и на другие объекты, находящиеся во взаимодействии с ней. Из этого следует эффект квантовой запутанности. Вкратце это:

Конструктивные и деструктивные помехи

Конструктивные помехи появляются, если волны мешают по гребням, но совпадают в фазе. Это будет усиливать результирующую волну. Деструктивные мешают друг другу полностью и не совпадают, что отменяет волну.

Две щели формируют два когерентных волновых источника, мешающих друг другу. (а) – Свет рассеивается от каждой щели, из-за их узости. Волны перекрываются и мешают конструктивно (яркие линии) и деструктивно (темные участки). (b) – Узор двойной щели для водных волн практически совпадает со световыми. Наибольшая активность заметна на участках с деструктивными помехами. (с) – При попадании света на экран, мы сталкиваемся с подобным шаблоном

Волновые амплитуды складываются. (а) – Чистая конструктивная помеха возможна, если одинаковые волны сходятся по фазе. (b) – Чистая деструктивная помеха – одинаковые волны точно не сходятся по фазе

Созданный узор не будет случайным. Каждая щель расположена на определенной дистанции. Все волны начинаются с одной фазы, но дистанция от точки на стене к щели создает тип помехи.

Суперпозиция и помехи
  • Условия для волновых помех: отражение из-за изменения перемены
  • Воздушный клин
  • Кольца Ньютона
Дифракция
  • Принцип Гюйгенса
  • Эксперимент с двойной щелью Юнга
  • Дифракционные решетки: рентгенография, решетка, отражение
  • Дифракция на одной щели
  • Критерий Рэлея
Дальнейшие темы
  • Тонкопленочная интерференция
  • Пропуск света через поляризаторы
  • Поляризация рассеянием и отражением
  • Рассеяние света атмосферой
  • Дисперсия видимого спектра
Приложения волновой оптики
  • Улучшение микроскопии
  • Спектрометр
  • Интерферометр Майкельсона
  • ЖК-дисплеи
  • Использование помех для чтения компакт-дисков и DVD-дисков

Зеркала Френеля

S  — точечный источник света;Z1, Z2  — зеркала;S1, S2  — мнимые изображения источника света;E  — экран;D  — область перекрытия потоков света от мнимых источников, где наблюдается интерференция;B  — бленда для защиты от засветки экрана источником света.Для наглядности угол между зеркалами на рисунке утрированно увеличен.

Устройство состоит из двух плоских зеркал Z1 и Z2 , образующих двугранный угол, отличающийся от 180° всего на несколько угловых минут . При освещении зеркал от источника S отражённые от зеркал пучки лучей можно рассматривать как исходящие из когерентных источников S1 и S2 , являющихся мнимыми изображениями S . В пространстве, где пучки перекрываются, возникает интерференция. Если источник S линеен (щель) и параллелен вершине двугранного угла, образованного зеркалами, то при освещении зеркал монохроматическим светом на экране E , который может быть установлен в любом месте в области перекрытия пучков, наблюдается интерференционная картина в виде равноотстоящих тёмных и светлых полос, параллельных щели. По расстоянию между полосами и величине двугранного угла можно определить длину волны света.

Условия для интерференции[править | править код]

Когерентность источника светаправить | править код

Интерференцию возможно наблюдать только для когерентных источников света, но создать два различных когерентных источника практически невозможно. Поэтому все интерференционные опыты базируются на создании при помощи различных оптических систем двух или нескольких вторичных источников из одного первичного, которые будут когерентны. В опыте Юнга когерентными источниками являются две щели в экране.

Влияние ширины щелейправить | править код

Интерференционная картина возникает на экране, когда ширина щелей приближается к длине волны излучаемого монохроматического света. Если ширину прорезей увеличивать, то освещённость экрана будет возрастать, но выраженность минимумов и максимумов интерференционной картины будет падать вплоть до полного её исчезновения.

Влияние расстояния между щелямиправить | править код

Частота следования интерференционных полос увеличивается прямо пропорционально расстоянию между щелями, в то время как ширина дифракционной картины остаётся неизменной и зависит только от ширины щелей.

Внешние ссылки [ править ]

Поищите информацию о в Викисловаре, бесплатном словаре.
Викискладе есть медиафайлы по теме .
vтеКвантовая механика
Фон
  • Вступление
  • Историяграфик
  • Глоссарий
  • Классическая механика
  • Старая квантовая теория
Основы
  • Родившееся правило
  • Обозначение Бра – Кет
  • Комптоновская длина волны
  • Эффект Казимира
  • Согласованность
  • Согласованный контроль
  • Комплементарность
  • Матрица плотности
  • Уровень энергии
    • вырожденные уровни
    • возбужденное состояние
    • основное состояние
    • QED вакуум
    • КХД вакуум
    • Состояние вакуума
    • Нулевая энергия
  • Гамильтониан
  • Принцип неопределенности Гейзенберга
  • Принцип исключения Паули
  • Измерение
  • Слабое измерение
  • Наблюдаемый
  • Оператор
  • Распределение вероятностей
  • Фотоэлектрический эффект
  • Квантовая
  • Кубит
  • Qutrit
  • Четвертичное взаимодействие
  • Теория рассеяния
  • Вращение
  • Отжим пена
  • Самопроизвольное параметрическое преобразование с понижением частоты
  • Симметрия
  • Нарушение симметрииСпонтанное нарушение симметрии
  • Колебания нейтрино
  • Теорема о запрете
  • Теорема о запрете клонирования
  • Теорема спин-статистики
  • Энтропия фон Неймана
  • Волновая функция
    • крах
    • Универсальная волновая функция
  • Дуальность волна-частицаВолна материи
  • Распространение волн
  • Виртуальная частица
  • Виртуальная черная дыра
  • Прямоугольный потенциальный барьер
  • Пространство фока
Квантовая
  • Квантовые основы
  • отжиг
  • декогеренция
  • запутанность
  • колебание
  • мыло
  • левитация
  • шум
  • нелокальность
  • номер
  • область
  • государственный
  • суперпозиция
  • система
  • телепортация
  • туннелирование
  • Квантовое вакуумное состояние
  • Квантовый эффект Зенона
Математика
Уравнения
  • Дирак
  • Кляйн – Гордон
  • Паули
  • Ридберг
  • Шредингер
Составы
  • Динамические картинки ( Гейзенберг • Взаимодействие • Шредингер )
  • Матричная механика
  • Формулировка интеграла по путям
  • Фазовое пространство
Другой
  • Квантовая
    • алгебра
    • исчисление
      • дифференциал
      • стохастический
    • геометрия
    • группа
  • Q-аналогСписок
Интерпретации
  • Байесовский
  • Последовательные истории
  • Космологический
  • Копенгаген
  • де Бройль-Бом
  • Ансамбль
  • Скрытые переменные
  • Множество миров
  • Объективный коллапс
  • Квантовая логика
  • Реляционный
  • Стохастик
  • Транзакционный
Эксперименты
  • Афшар
  • Неравенство Белла
  • Лаборатория холодного атома
  • Дэвиссон-Гермер
  • Квантовый ластик с отложенным выбором
  • Двойная щель
  • Элицур – Вайдман
  • Эксперимент Франка – Герца
  • Неравенство Леггетта – Гарга
  • Mach-Zehnder inter.
  • Поппер
  • Квантовый ластик
  • Квантовое самоубийство и бессмертие
  • Кот Шредингера
  • Штерн-Герлах
  • Отсроченный выбор Уиллера
Наука
  • Проблема измерения
  • QBism
Квантовая
  • Биология
  • химия
  • хаос
  • познание
  • теория сложности
  • вычислениеГрафик
  • космология
  • динамика
  • экономика
  • финансы
  • основы
  • теория игры
  • Информация
  • Квантовая логика
  • нанонаука
  • метрология
  • познание
  • разум
  • оптика
  • вероятность
  • социальная наука
  • пространство-время
Технологии
  • Квантовый усилитель
  • Квантовая технологияссылки
  • Матричная изоляция
  • Зарядить кубит
  • Поток кубита
  • Фазовый кубит
  • Квантовая точка
    • клеточный автомат
    • отображать
    • лазер
    • однофотонный источник
    • солнечная батарея
  • Квантовая ямалазер
  • Квантовый алгоритм
  • Квантовые вычисления
  • Квантовая сеть
  • Квантовая схема
  • Квантовая химия
  • Квантовый параметрон потока
  • Квантовая оптика
  • Квантовая криптография
    • Квантовое распределение ключей
    • Постквантовая криптография
  • Квантовая сеть
  • Квантовая телепортация
Расширения
  • Квантовая космология
  • Петлевая квантовая космология
  • Море Дирака
  • Ложный вакуум
  • Дробная квантовая механика
  • Квантовая электродинамикассылки
  • Квантовая геометрия
  • Квантовая теория поляссылки
  • Квантовая гравитацияссылки
  • Квантовая информатикассылки
  • Квантовая статистическая механика
  • Релятивистская квантовая механика
  • Теория де Бройля – Бома
  • Стохастическая электродинамика
  • Теория сверхтекучего вакуума
Связанный
  • Квантовая механика путешествий во времени
  • Учебники
  • Категория
  • Физический портал
  • Википроект по физике

Квантовая запутанность

Например, для передачи информации на огромные расстояния можно было бы использовать такое явление, как «квантовая запутанность». Это явление заключается в том, что при взаимодействии двух субатомных частиц, они приобретают состояние запутанности — их скорость, положение и другие характеристики становятся взаимозависимыми в силу каких-то неизвестных науке процессов. Такие частицы могут мгновенно влиять друг на друга, даже если между ними огромное расстояние. В идеале, квантовое состояние частицы абсолютно зависимо от квантового состояния ее частицы партнёра.

К примеру, если запутавшуюся частицу, заставить вращаться по часовой стрелке, вторая частица немедленно начнет вращаться в обратную сторону. Возможно это выглядит любопытным и не более, но давайте вдумаемся. С помощью этого явления можно воздействовать на объекты, которые находятся в миллиардах световых лет от нас!

Еще одно применение квантовой запутанности на практике возможно для создания более мощных вычислительных систем и компьютеров.

Ученые Национального Исследовательского Технологического Университета «МИСиС» в Москве, создали прототип квантового компьютера, который использует для хранения данных квантовые биты (q-биты или кубиты) вместо обычных. Преимущество использования кубитов в том, что один такой кубит может выполнять большое количество вычислений одновременно, что делает такой компьютер самым мощным из когда-либо созданных человеком.

Сегодня прототипы квантовых компьютеров можно сравнить с обычными компьютерами в середине прошлого века — они занимают огромное помещение и могут выполнять лишь базовые операции.

Самой серьёзной проблемой на данном этапе остается эффективное кодирование информации — классическую двоичную систему пытаются переложить на систему квантовых запутанностей. Когда ученым это удастся, жизнь человечества может кардинально измениться, ведь даже самый простой квантовый компьютер сможет решить сложнейшие уравнения с невероятным количеством переменных. Например, таких, которые описывают большой взрыв.

Двухщелевой эксперимент

В современной квантовой форме эксперимент Юнга включает в себя излучение отдельных частиц света или материи через две щели или отверстия, вырезанные в непрозрачном барьере. По другую сторону барьера находится экран, который регистрирует прибытие частиц (скажем, фотопластинка в случае фотонов). Исходя из здравого смысла мы ожидаем, что фотоны пройдут через ту или иную щель и начнут накапливаться за каждой из них.

Но этого не происходит. Скорее, фотоны переходят в определенные части экрана и избегают других, создавая чередующиеся полосы света и тьмы, так называемые интерференционные полосы. Они возникают, когда два набора волн накладываются друг на друга. И все же, в любой момент времени через аппарат проходит только один фотон. Как будто каждый фотон проходит через обе щели одновременно и интерферирует сам с собой. Это не имеет классического смысла. Так в чем же дело?

Двухщелевой эксперимент демонструет, что свет и материя в целом могут проявлять характеристики как классических волн, так и частиц.

Картина несколько проясняется, если посмотреть на нее с математической точки зрения. То, что проходит через обе щели – это не физическая частица или физическая волна, а нечто, называемое волновой функцией – абстрактная математическая функция, которая представляет состояние фотона (в данном случае его положение). Волновая функция ведет себя как волна. Фотон попадает в обе щели, и новые волны исходят из каждой щели с другой стороны, распространяются и в конечном итоге мешают друг другу. Комбинированная волновая функция может быть использована для определения вероятностей того, где можно найти фотон.

Замерзающие частицы

В этой работе изучался распад нестабильных возбужденных атомов рубидия. Сразу после подготовки системы атомы возбуждались с помощью лазерного луча. Наблюдение проходило в двух режимах: непрерывном (система постоянно подвергалась небольшим световым импульсам) и импульсном (система время от времени облучалась более мощными импульсами).

Полученные результаты полностью соответствовали теоретическим предсказаниям. Внешние световые эффекты замедляют распад частиц, возвращая их в исходное состояние, которое далеко от состояния распада. Величина этого эффекта также совпадала с прогнозами. Максимальный срок существования нестабильных возбужденных атомов рубидия увеличивался в 30 раз.