Природа світла спростовує Ейнштейна – новий експеримент MIT – новини науки

Вчені підтвердили, що світло неможливо бачити як хвилю і частинку одночасно.

Фізики з Массачусетського технологічного інституту (MIT) провели оновлену версію класичного експерименту з подвійною щілиною, яка остаточно підтвердила, що світло не можна спостерігати одночасно як хвилю і як частинку. Результати, які передає Space, демонструють обмеження квантового спостереження та спростовують спроби Альберта Ейнштейна довести зворотне.

У дослідженні, опублікованому в журналі Physical Review Letters, науковці під керівництвом нобелівського лауреата Вольфганга Кеттерле та фізика Віталія Федосєєва, використали замість звичних двох щілин 10 000 окремих атомів, охолоджених до температури, близької до абсолютного нуля. Ці атоми стали своєрідними мініатюрними щілинами, на яких розсіювались фотони світла, формуючи інтерференційну картину.

Дослідження підтвердило: чим точніше вимірюється траєкторія фотона, тобто його частинкова поведінка, тим менш вираженим стає хвильовий ефект. Іншими словами, світло можна побачити або як хвилю, або як частинку, але не обидва явища водночас. Це повністю узгоджується з уявленням Нільса Бора про квантову комплементарність і суперечить гіпотезі Ейнштейна, який припускав можливість одночасного спостереження обох властивостей.

Щоб уникнути впливу апаратних факторів, команда MIT вимикала лазери, що утримували атоми, й проводила вимірювання за мільйонні частки секунди – до того, як ті встигали зрушитися під дією сили тяжіння. В результаті фіксувалися лише квантові ефекти, не зумовлені інструментальними похибками.

“Те, що ми зробили, можна розглядати як новий варіант експерименту з подвійною щілиною. Ці окремі атоми схожі на найменші щілини, які тільки можна побудувати”, – говорить Кеттерле в заяві. 

За словами Федосєєва, ключову роль відіграє так звана квантова розмитість. Чим менш жорстко утримуються атоми, тим більше вони “відчувають” розсіювання фотонів, тобто виявляють частинкову природу світла.

Використання атомів замість щілин дозволило радикально знизити рівень шумів та непевностей, які десятиліттями піддавали сумніву експериментальні підтвердження принципу комплементарності. Тепер доведено, що навіть за ідеальних умов фотон не може поводитися як хвиля та частинка водночас. Усі спроби “викрити” це явище перетворюють хвильову модель на частинкову, і навпаки.

“Ейнштейн і Бор ніколи б не подумали, що це можливо, провести такий експеримент з окремими атомами та окремими фотонами”, – зазначив Кеттерле.

Фізики давно довели, що трансмутація елементів реальна, але це досі не має практичної цінності. Перші експерименти з перетворення ртуті на золото провели ще у 1941 році в Гарварді, але отримані ізотопи швидко розпадались. У 1980-х роках нобелівський лауреат Гленн Сіборг створив атоми золота з вісмуту внаслідок релятивістських зіткнень, але у мізерних обсягах. Сучасні дослідження у CERN, зокрема на Великому адронному колайдері, підтверджують те саме: отримати золото можливо, але обсяги надто малі, а вартість процесу – астрономічна.