Был открыт корпускулярно-волновой дуализм. Доказывающий, что материальные микроскопические объекты могут при одних условиях проявлять свойства классических волн, а при других – свойства классических частиц[9]. Корпускулярно-волновой дуализм необъясним в рамках классической физики и может быть истолкован лишь в квантовой механике[10].
Свет можно трактовать и как поток частиц – фотонов, и как волну. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции. Но более того, даже одиночные фотоны (частицы), проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, свойственную только волновому поведению[11].
Квантовое волновое поведение проявляют не только элементарные частицы, но и более крупные объекты – молекулы. В 2019 году удалось добиться дифракции молекул, состоящих из почти 2000 атомов каждая[12]. То есть целые большие молекулы, «кирпичики» материальной вселенной, также могут вести себя как нематериальные волны. Это удивительно. Но есть нечто более невообразимое.
Двухщелевой опыт. Впервые был проведен Томасом Юнгом и впоследствии был многократно повторен. Суть его была в следующем. Лазерный луч освещает пластину с двумя параллельными щелями, и свет, проходящий через щели, наблюдают на экране за пластиной. Волновая природа света вызывает явление интерференции, что проявляется на экране как чередующиеся светлые и темные полосы.
Подобного бы не могло произойти, если предположить, что свет – это поток частиц. Ибо частицы летят только по прямой. И если бы свет был потоком частиц, то, пройдя через две щели, на экране ученые бы увидели лишь две яркие точки (а не волновую картину). Тут все понятно. Свет – это волна. Хотя всегда обнаруживается, что свет попадает на экран в виде отдельных точек (фотонов), а волновая картина (с чередующимися полосами) появляется из-за изменяющейся плотности попадания этих частиц на экран.
Предположили, что в процессе полета свет является волной, но, как только контактирует с экраном, он становится частицей – фотоном. В таком случае один фотон должен проходить через обе щели одновременно (как волна) и лишь потом вновь «собираться» в одну частицу, попадающую на экран и формирующую волновой интерференционный рисунок. Совсем уж невероятно.
Тогда ученые провели другой эксперимент, чтобы понять, может ли один фотон пройти сразу через две щели одновременно. Они стали выпускать СКАЧАТЬ
8
Feynman, Richard P.; Robert B. Leighton; Matthew Sands. The Feynman Lectures on Physics, Vol. 3 (неопр.). – Addison-Wesley, 1965.
9
Герштейн С. С. Корпускулярно-волновой дуализм // Физическая энциклопедия: [в 5 т. ] / Гл. ред. А. М. Прохоров. – М.: Советская энциклопедия, 1990. – Т. 2: Добротность – Магнитооптика. – С. 464–465. – 704 с.
10
Гальцов Д. В. Корпускулярно-волновой дуализм // Физический энциклопедический словарь / под ред. А. М. Прохорова – М.: Большая Российская энциклопедия, 2003.
11
Taylor, G. I. Interference fringes with feeble light (англ.) // Proceedings of the Cambridge Philosophical Society: journal. – 1909. – Vol. 15. – P. 114–115.
12
Yaakov Y. Fein, Philipp Geyer, Patrick Zwick, Filip Kiałka, Sebastian Pedalino, Marcel Mayor, Stefan Gerlich & Markus Arndt. Quantum superposition of molecules beyond 25 kDa // Nature Physics. – 2019.