Эксперимент с двумя щелями: Эксперимент с двумя щелями и границы макромира / Хабр

Эксперимент с двумя щелями и границы макромира / Хабр

В 1900, последнем году XIX века, Макс Планк открыл кванты света: показал, что энергия света передается в виде минимальных энергетических пакетов. Так зародилась квантовая физика, которая, казалось бы, совершенно случайно попала из XXI века в начало XX-го. На практике квантовая механика оказалась одной из самых точных и строгих систем, известных науке: принципы квантовой механики лежат в основе деления атомного ядра, действия лазера, работы полупроводников. Сегодня уже осуществлены квантовая телепортация и квантовые вычисления. При этом, еще в 1927 году, на пятом Сольвеевском конгрессе, посвященном проблемам квантовой механики, состоялся знаменитый спор между Альбертом Эйнштейном и Нильсом Бором по поводу интерпретируемости квантовой механики. На тот момент победила точка зрения Бора («копенгагенская интерпретация»), указывающая, что следует абстрагироваться от концептуализации событий, происходящих при квантовых взаимодействиях, удовлетворившись математической согласованностью квантовой механики. При этом квантовая система понимается во многом как «черный ящик», но ее уравнения с удивительной точностью подтверждают результаты экспериментов.

Основное отличие квантовой физики (доминирует в микромире) от классической физики (доминирует в макромире) заключается в вероятностном характере квантовых процессов. Так, применительно к электрону в атоме, уравнения квантовой механики дают распределение вероятностей, указывающих, в какой точке орбитали должен быть электрон – и именно там он и оказывается по результатам эксперимента.

Именно с неопределенностью результатов квантового эксперимента вплоть до его окончания связаны и разнообразные квантовые парадоксы, увлекательно описанные в книге Николя Жизана «Квантовая случайность». С неопределенностью того же рода связан знаменитый реальный эксперимент с двумя щелями. Ниже я напомню суть этого эксперимента, после чего расскажу о его новейших постановках. Суть этих повторных экспериментов – наблюдать проявление квантовой вероятности не только в случаях с элементарными частицами, но и с атомами, неорганическими молекулами, крупными органическими молекулами и… так далее. Так нащупывается граница между микромиром и макромиром, то есть, областью доминирования квантовой физики и областью доминирования классической физики.      

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?

Щель расширяется

В начале XXI была поставлена целая череда экспериментов, демонстрирующих, что двухщелевой эксперимент можно проводить не только с элементарными частицами, но и с атомами, молекулами, крупными молекулами, огромными молекулами и, возможно, даже с вирусами.

Подобные эксперименты гораздо сложнее экспериментов над электронами, как с физической, так и с технологической точки зрения. Создать пучок электронов и пропускать их через две щели можно при помощи электронных пушек, расположенных в вакуумированной камере. С молекулами, особенно крупными, приходится учитывать гораздо больше факторов: вес, форму, ориентацию молекул, а также силу химических связей между атомами в них. Для максимального упрощения этих факторов в одном из первых опытов, призванных исследовать квантовые эффекты на примере больших молекул, использовались фуллерены.

У меня в блоге я уже упоминал новейшие исследования, связанные с фуллеренами; напомню, что фуллерены – это крупные неорганические молекулы, состоящие из атомов углерода. Фуллерен C₆₀ напоминает по форме футбольный мяч, а фуллерен C₇₀ – мяч для регби. В описываемом опыте, поставленном в 1999 году, фуллерены доводили до газообразного состояния, нагревая в керамической печи до температуры 900 K, а затем с силой выдувая через щель в ее корпусе. Действительно, в таком опыте фуллерены демонстрируют интерференционный паттерн, характерный для двухщелевого эксперимента:

В данном случае фуллерены проходили через детектор со скоростью около 200 м/c.

В 2019 году в Венском университете группа под руководством Армина Шайеги успешно провела двухщелевой опыт с молекулой грамицидина, состоящей из 15 аминокислот. Длина волны в таком эксперименте тем меньше, чем больше размер молекулы, поэтому детектор должен быть особенно чувствительным. Кроме того, приходится иметь дело с хрупкостью органических молекул, о которой я писал выше. Для проведения опыта Шайеги с коллегами покрыли тонким слоем грамицидина край вращающегося угольного колесика. Затем этот край бомбардировали лазерными импульсами длительностью по несколько фемтосекунд каждый, отщепляя таким образом молекулы грамицидина и по возможности не повреждая их. После этого отдельные молекулы грамицидина подхватывались струей аргона, гнавшей их в детектор со скоростью 600 м/с. Действительно, в данном эксперименте грамицидин продемонстрировал длину волны в 350 фемтометров.

В сентябре 2019 году там же, в Венском университете, был поставлен еще более амбициозный опыт под руководством Маркуса Арндта. В ходе этого опыта удалось наблюдать волновые квантовые свойства у молекулы размером 2000 атомов, формула которой C₇₀₇H₂₆₀F₉₀₈N₁₆S₅₃Zn₄.  

Эти молекулы направляли в детектор, пропуская их через пятиметровую вакуумную трубку. Чтобы они случайно ни с чем не провзаимодействовали, для движения молекул выделили узкий «коридор», а саму трубку защитили от малейших колебаний при помощи системы пружин и амортизаторов. Такая молекула настолько огромна по сравнению с фуллереном и даже с элементарной частицей, что напрашиваются теории, предполагающие, что граница между микро- и макромиром вообще отсутствует, и макроскопические объекты также могут находиться в квантовой суперпозиции, правда, в течение исчезающе малых промежутков времени. В статье об этом эксперименте упоминается теория непрерывной спонтанной локализации (CSL), в соответствии с которой в уравнение Шрёдингера вводится стохастический нелинейный член, фактически разрушающий макроскопические суперпозиции с течением времени.

Вирус Шрёдингера

Итак, переходим к самому интересному. Квантовые эффекты в живой природе объективно реальны, например, именно на них основан фотосинтез. Но можно ли поместить живое существо в квантовую суперпозицию, то есть, провести его одновременно через две щели или воспроизвести эксперимент с котом Шрёдингера, но с участием вируса?

В 2009 году группа О. Ромеро-Изарта из Инсбрукского университета предложила осуществить оптическую левитацию вируса, так, чтобы вирус парил в вакуумной полости, а затем добиться запутанности вируса с квантовым состоянием микроскопического объекта, например, фотона.

Ромеро-Изарт указывает, что подобный опыт возможен в реальности, а не только в качестве мысленного эксперимента, поскольку (1) уже осуществлен оптический захват микроорганизмов в жидкости, (2) некоторые микроорганизмы вполне выживают в вакууме, (3) размер вирусов и некоторых других мельчайших организмов сравним с длиной волны лазера, (4) некоторые микроорганизмы прозрачны и, следовательно, проницаемы для фотонов. По мнению Ромеро-Изарта, для квантовой суперпозиции хорошо подошел бы продолговатый вирус табачной мозаики, поскольку ширина его составляет всего 50 нм, а длина — 1 µm.

Насколько я смог выяснить, на данный момент квантовая суперпозиция вируса еще не получена, но в заключение этой статьи хотелось упомянуть о фантастическом рассказе Грега Бира, который называется «Чума Шрёдингера». Фабула рассказа такова: теоретически смертельно опасный вирус можно поместить в квантовое состояние, в котором он либо заразил, либо не заразил человека. Тогда волновая функция вируса, запутанного с радиоактивным ядром, схлопнется в момент распада этого ядра – и из-за этого единичного квантового события человечество может быть поставлено на грань вымирания. С другой стороны, если квантовая функция действительно схлопывается в результате сознательного наблюдения, то заражение таким вирусом ни в коем случае нельзя диагностировать. Если смертельный квантовый вирус есть у нас в организме, то он подействует на нас, только когда врач узнает результаты анализа, либо как только мы сами ощутим у себя симптомы этого вируса. Таким образом, эксперимент с котом Шрёдингера может быть перенесен сразу на все человечество.      

Надеюсь, что этот пример достаточно парадоксален и реалистичен, чтобы мы сначала попытались разобраться, как соотносится квантовая механика и мозг (оригинал на сайте Nautil.us), и только после этого пытались экспериментировать с реальной суперпозицией живых организмов.

Существование «неклассических» траекторий подтвердили в эксперименте с тремя щелями

Международная группа физиков экспериментально подтвердила, что при прохождении фотона через три щели вклад в получаемую в результате интерференционную картину дают и невозможные с точки зрения классической физики траектории. Это открытие подтвердило некорректность широко распространенного наивного понимания принципа квантовой суперпозиции и, возможно, позволит усилить существующие схемы работы квантовых компьютеров. Работа опубликована в журнале Nature Communications. С ее текстом можно ознакомиться также на сайте препринтов arxiv.org.

Группа экспериментаторов, возглавляемая известным физиком Робертом Бойдом (который, в частности, был первым, кто осуществил «замедление света» при комнатной температуре), придумала и реализовала схему, демонстрирующую вклад так называемых «неклассических» траекторий в картину, получаемую при интерференции фотонов на трех щелях.

Интерференция на двух щелях — это классический эксперимент, демонстрирующий волновые свойства света. Впервые он был осуществлен в самом начале XIX века Томасом Юнгом и стал одной из главных причин отказа от доминирующей тогда корпускулярной теории света.

В начале XX века, однако, было выяснено, что свет все же состоит из частиц, получивших название фотонов, но эти частицы загадочным образом обладают и волновыми свойствами. Возникла концепция корпускулярно-волнового дуализма, которая была распространена также и на частицы материи. В частности, наличие волновых свойств было обнаружено у электронов, а позднее и у атомов и молекул.

В квантовой механике — новом разделе физики, возникшем в результате этих открытий, — возникновение интерферометрической картины в эксперименте с двумя щелями играет одну из центральных ролей. Так, Ричард Фейнман в своих «Фейнмановских лекциях по физике» пишет, что это явление, «которое невозможно, совершенно, абсолютно невозможно объяснить классическим образом. В этом явлении таится самая суть квантовой механики».

Эксперимент с двумя щелями демонстрирует одно из центральных понятий квантовой физики — квантовую суперпозицию. Принцип квантовой суперпозиции утверждает, что если некий квантовый объект (например, фотон или электрон) может находиться в некоем состоянии 1 и в некоем состоянии 2, то он может находиться и в состоянии, которое является в некотором смысле частично и состоянием 1, и состоянием 2. Это состояние и называется суперпозицией состояний 1 и 2. В случае с щелями частица может пройти через одну щель, а может через другую, но если обе щели открыты, то частица проходит через обе и оказывается в состоянии суперпозиции «частицы, прошедшей через щель 1» и «частицы, прошедшей через щель 2».

В 2012 году в работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, авторы обратили внимание, что принцип суперпозиции в этом случае зачастую понимают и даже объясняют в учебниках неправильно. Обычно говорят, что состояние частицы после прохождения двух щелей представляет собой суперпозицию ее состояний после прохождения каждой из щелей при закрытой другой щели, однако это не совсем так. Когда открыты обе щели, каждая из них оказывает влияние на другую и частица, вообще говоря, теперь проходит каждую из щелей не так, как проходила бы ее, если бы другая щель была закрыта. И хотя отличие невелико и его сложно измерить в эксперименте, оно может играть роль, если рассматриваются слабые эффекты. Кроме того, как оказалось, влияние щелей друг на друга можно усилить.

Влияние одной щели на другую на квантовом языке проще объяснять через одно из альтернативных описаний квантовой физики, разработанное тем же Ричардом Фейнманом. Согласно его подходу, известному как «интегралы по траекториям», при перемещении частицы из одной точки в другую она проходит сразу по всем возможным траекториям, соединяющим эти точки, но каждая траектория имеет свой «вес». Наибольший вклад дают траектории, близкие к тем, которые предсказывает классическая физика, — именно поэтому квантовые законы в пределе сводятся к классическим. Но и другие траектории тоже важны.

Среди этих траекторий могут быть и такие, которые совершенно невозможны классически. Они, скажем, могут содержать участки, на которых частица движется в обратную сторону. В случае эксперимента с щелями это, например, траектории, которые сначала входят в одну щель, затем проходят через другую, а затем выходят через третью. Именно такие странные траектории и объясняют влияние одной щели на другую, потому что только они отсутствуют, когда одна из щелей закрыта.

Чтобы доказать наличие «неклассических» траекторий, Роберт Бойд с коллегами предложили усилить их влияние за счет возбуждения так называемых приповерхностных плазмонов. Плазмоны — это связанное состояние фотона и электрона в металле. За счет них свет оказывается как бы привязанным к поверхности металла и может эффективно распространяться вдоль нее на относительно большие расстояния. Существование плазмонов увеличивает влияние одной щели на другую и, соответственно, «вес» траекторий, идущих от одной щели к другой.

В эксперименте Бойда щели были вырезаны пучком ионов в слое золота, напыленного на прозрачное стекло. Поскольку золото хороший проводник, то в нем легко возбуждаются плазмоны.

Чтобы наблюдать влияние щелей друг на друга, экспериментаторы предложили провести следующий опыт. Сначала две щели из трех закрывают, и фотоны проходят только через одну щель. На экране в этом случае получается небольшая освещенная полоска. При этом используют источник света, ширина луча которого меньше расстояния между щелями. Поэтому когда щели открываются, то, согласно наивным представлениям, картина меняться не должна — ведь эти щели не освещаются. Однако из-за влияния щелей друг на друга существуют такие траектории, которые, войдя через освещаемую щель, выйдут из щели, которая не освещается, и создадут интерференционную картину. За счет плазмонов этот эффект усиливается, и в опыте хорошо видно изменение характера освещенности экрана. Это и доказывает существование «неклассических» траекторий.

На данный момент не совсем понятно, могут ли эти исследования иметь какое-то значение для прикладных задач. Авторы работы надеются, что с помощью усиления неклассических траекторий можно создавать более эффективные протоколы работы устройств, основанных на явлении квантовой суперпозиции и интерференции, — например, квантовых компьютеров, предназначенных для симуляции реальных квантовых систем (так называемые, квантовые симуляторы).

Кроме того, учет неклассических траекторий важен для еще одного направления в современной фундаментальной физике. Одна из главных нерешенных проблем, стоящих перед учеными, — это объединение квантовой теории с теорией гравитации. На этом пути существуют принципиальные сложности, которые, как считают многие, можно преодолеть, только видоизменив или одну из этих теорий, или сразу обе. Поэтому сейчас идут поиски возможных расхождений реальности с предсказаниями этих теорий. Одним из направлений является поиск отклонений от принципа квантовой суперпозиции. Так, в 2010 году было опубликовано исследование, авторы которого пытались найти такие отклонения в трехщелевом эксперименте. Никаких расхождений не обнаружили, но эта статья спровоцировала упоминавшуюся выше работу 2012 года. Один из ее выводов заключался как раз в том, что в эксперименте 2010 года было использовано неправильное понимание принципа квантовой суперпозиции и это внесло свою долю неучтенной ошибки в измерения. И хотя величина этой ошибки была мала, эффект, который ищут ученые, тоже может быть невелик, поэтому в таких поисках вклад неклассических траекторий следует все же учитывать.

Артём Коржиманов

Физика за минуту: Эксперимент с двумя щелями

Поделиться этой страницей

Представлено Marianne
19 ноября 2020 г.

Один из самых известных экспериментов в физике — двойной
щелевой эксперимент. Он демонстрирует с беспрецедентной странностью, что
маленькие частицы материи имеют что-то вроде волны вокруг них и предполагают, что сам акт
наблюдение за частицей сильно влияет на ее поведение.

Для начала представьте себе стену с двумя
щели в нем. Представьте, что вы бросаете теннисные мячи в стену. Некоторые будут
отскакивают от стены, но некоторые из них проходят через щели. если есть
другая стена за первой, теннисные мячи, которые путешествовали
через щели попадет в него. Если вы отметите все места, где мяч
ударился о вторую стену, что вы ожидаете увидеть? Вот так. Два
полоски меток примерно такой же формы, как и прорези.

На изображении ниже первая стена показана сверху, а
вторая стена показана спереди.

Рисунок, который вы получаете из частиц.

Теперь представьте, что светит свет (одного цвета, т.е.
одна длина волны) на стене с двумя щелями (где расстояние между щелями примерно равно длине волны света). На изображении ниже мы показываем
световая волна и стена сверху. Синие линии
представляют пики волны. Когда волна проходит через оба
щели, она, по сути, разделяется на две новые волны, каждая из которых выходит из одной из щелей. Затем эти две волны интерферируют друг с другом. В некоторых точках, где пик встречается с впадиной, они компенсируют друг друга. И в
другие, где пик встречается с пиком (это место пересечения синих кривых на диаграмме), они будут усиливать друг друга. Места, где волны усиливают друг друга, дают самые яркие
легкий. Когда свет встретится со второй стеной, расположенной за первой, вы
увидеть полосатый узор, называемый интерференционная картина . Яркий
полосы исходят от волн, усиливающих друг друга.

Интерференционная картина.

Вот изображение реальной интерференционной картины. Есть больше
полоски, потому что изображение захватывает больше деталей, чем наша диаграмма. (Для корректности следует сказать, что на изображении также видна дифракционная картина , которую можно было бы получить от одной щели, но мы не будем вдаваться в это здесь, и вам не нужно об этом думать. .)

Изображение: Жорджетт, CC BY-SA 3.0.

Теперь давайте отправимся в квантовую реальность. Представьте, что вы стреляете электронами в
нашу стену с двумя щелями, но пока закройте одну из этих щелей. Вы обнаружите, что некоторые из электронов пройдут через открытую щель и ударятся о вторую стенку точно так же, как теннисные мячи: пятна, в которые они попадут, образуют полосу примерно такой же формы, как и щель.

Теперь откройте вторую щель. Вы ожидаете увидеть две прямоугольные полоски на второй стене, как в случае с теннисными мячиками, но на самом деле вы видите совсем другое: пятна, в которые ударяются электроны, накапливаются, чтобы воспроизвести удары электронов.
интерференционная картина от волны.

Вот изображение реального двухщелевого эксперимента с электронами. На отдельных картинках показан узор, который вы получаете на второй стене, когда высвобождается все больше и больше электронов. В результате получается полосатая интерференционная картина.

Изображение: д-р Тономура и Белсазар, CC BY-SA 3.0

Как такое может быть?

Одной из возможностей может быть то, что электроны каким-то образом мешают друг другу, поэтому они не прибывают в те же места, что и если бы они были одни. Однако интерференционная картина
остается, даже когда вы запускаете электроны один за другим, так что они
нет возможности помешать. Как ни странно, каждый отдельный электрон вносит одну точку в общую картину, которая выглядит как интерференционная картина волны.

Может ли это
пусть каждый электрон каким-то образом расщепляется, проходит сразу через обе щели,
интерферирует сам с собой, а затем рекомбинирует, чтобы встретиться со вторым экраном как единая локализованная частица?

Чтобы узнать, вы можете поместить детектор у щелей, чтобы увидеть, какой
через щель проходит электрон. И это действительно странно. Если
вы делаете это, то рисунок на экране детектора превращается в
узор частиц из двух полосок, как видно на первой картинке выше! Интерференционная картина исчезает. Почему-то само действие
взгляд убеждается, что электроны путешествуют, как хорошо себя ведут
маленькие теннисные мячики. Это как если бы они знали, что за ними следят, и решили не быть пойманными за выполнением странных квантовых махинаций.

Что говорит нам эксперимент? Это предполагает, что то, что мы называем «частицами», например электроны, каким-то образом сочетает в себе характеристики частиц и характеристики волн. Это знаменитая дуальность волновых частиц квантовой механики. Это также предполагает, что акт наблюдения, измерения квантовой системы оказывает глубокое влияние на систему. Вопрос о том, как именно это происходит, составляет проблему измерения квантовой механики.

Дополнительная литература

Подробнее о…

квантовая механика

эксперимент с двумя щелями

корпускулярно-волновой дуализм

Математика за минуту

Как это работает и что это доказывает

Вы когда-нибудь слышали об эксперименте с двумя щелями? Это один из самых странных экспериментов в современной физике, и он затрагивает самую суть странностей квантовой механики. По сути, волны, проходящие через две узкие параллельные щели, образуют на экране интерференционную картину. Это верно для всех волн, будь то волны света, волны воды или звуковые волны.

Но свет — это не просто волна, это еще и частица, называемая фотоном. Так что же произойдет, если вы выстрелите одним фотоном в двойные щели? Оказывается, хотя фотон всего один, он все равно образует интерференционную картину. Как будто фотон проходит через обе щели одновременно.

Все становится еще более странным: как показывает эпизод программы PBS Space Time , просто наблюдая за экспериментом с двумя щелями, поведение фотонов меняется.

Идея эксперимента с двумя щелями заключается в том, что даже если фотоны посылаются через щели по одному, все равно присутствует волна, создающая интерференционную картину. Волна — это волна вероятности, потому что эксперимент устроен так, что ученые не знают, через какую из двух щелей пройдет тот или иной отдельный фотон.

Читать дальше ⬇️

• Объяснение стандартной модели физики элементарных частиц
• Квантовая физика может наконец объяснить сознание
• Теория хаоса объясняет, почему жизнь такая… хаотичная

детекторы перед каждой щелью, чтобы определить, через какую щель действительно проходит фотон, интерференционная картина вообще не проявляется. Это верно, даже если они попытаются установить детекторы за щелями. Независимо от того, что делают ученые, если они пытаются что-то наблюдать за фотонами, интерференционная картина не возникает.

Да, это еще более странно.

Группа ученых попробовала вариант эксперимента с двумя щелями, названный экспериментом с отложенным выбором. В каждую щель ученые поместили специальный кристалл. Кристалл разбивает любые входящие фотоны на пару идентичных фотонов. Один фотон из этой пары должен создать стандартную интерференционную картину, а другой полетит к детектору.