Одно из самых известных открытий в физике неверное: свет не такой, как мы думали

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, пишет New Scientist.

Авторы нового исследования утверждают, что не нужно думать о свете, как о волне, чтобы объяснить результаты эксперимента с двумя щелями. Они предполагают, что в этом случае свет можно рассматривать как просто частицу. Эта спорная теория разрушает физику, которую мы знаем.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Свет — это частица и волна? Физики считают, что это не так

Ученые говорят, что эксперимент с двумя щелями рассматривался многими физиками в начале XX века на заре зарождения квантовой физики, как явное доказательство того, что свет представляет собой не только частицу, то есть фотон, но и электромагнитную волну.

• Фотон – это самая распространенная по численности частица во Вселенной. При этом фотон является фундаментальной частицей и переносчиком электромагнитного взаимодействия (одно из четырех главных сил природы). Фотон не имеет массы и может существовать только если двигается со скоростью света (300 000 км/с). У фотона нет электрического заряда.

В эксперименте с двумя щелями свет проходит через две соседние узкие щели и попадает на экран, где он образует яркие и темные вертикальные полосы, называемые картиной классической интерференции.

• Интерференция — это перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких волн света.

Эксперимент для выявления волновой природы света

Обычное объяснение эксперимента сводится к тому, что волны света проходят через щели и встречаются друг с другом на экране. Если при встрече самый высокий гребень одной волны встречается с самой низкой впадиной другой волны, то они взаимно уничтожаются, и экран показывает темную полосу, то есть отсутствие света. Яркие полосы, с другой стороны, образуются, когда две волны встречаются на экране и накладываются таким образом, что их гребни складываются. Проще говоря, если бы свет состоял только из частиц, то на экран оставался бы неосвещенным, а если свет является еще и волной, то свет на экране отражается.

Авторы исследования взяли за основу картину интерференции света из знаменитого эксперимента и решили выяснить, можно ли ее получить если предположить, что свет на самом деле не имеет формы волны. Для этого в своей модели ученые использовала один атом в качестве экрана, поскольку это самый элементарный детектор фотонов. Оказалось, что положение вертикальных полос на экране просто определяется геометрией щелей и тем, как свет преломляется через них.

Темные фотоны: свет является просто частицей

Расчеты показывают, что такая картина интерференции может возникнуть просто из рассмотрения света как квантовой частицы. Это происходит потому, что в некоторых местах фотоны, проходящие через щели, принимают темные состояния или форму темных фотонов. В этом состоянии фотоны не могут взаимодействовать с другими частицами и таким образом не освещают экран.

Исходя из этого, ученые считают, что такая картина интерференции не указывает на отсутствие света, но показывает, что некоторые фотоны обладают квантовыми свойствами, которые позволяют им ускользать от обнаружения.

Возможно, придется изменить известную физику

Авторы исследования говорят, что результаты экспериментов разрушают наше понимание того, как работает классическая интерференция и понимание самой природы света. Возможно, есть необходимость изменить некоторые фундаментальные основы физики.

Стоит сказать, что эксперимент с двумя щелями сыграл важную роль в том, что позже физики обнаружили корпускулярно-волновой дуализм не толка у фотонов, но и у электронов, атомов и даже некоторых молекул. Каждый из этих объектов создавал классическую интерференционную картину.

• Напоминаем, что атомы состоят из ядра, а также электронов, которые его окружают. Электроны являются фундаментальными частицами и не состоят, как протоны или нейтроны, составляющие ядро атома, из кварков.

На заре развития квантовой физики, 100 лет назад, ученые предположили, что все в нашем мире может проявлять как свойства волны, так и частицы, в зависимости от обстоятельств, просто не одновременно. Но, возможно, пришло время переосмыслить давнее утверждение.

Как уже писал Фокус, физики обнаружили новые состояния вещества, и они могут изменить наши технологии.