Хвильово-корпускулярна подвійність світла, яка довгий час вважалася залізним принципом квантової фізики, почала знову вивчатися завдяки дослідженням, які припускають, що знаменитий експеримент із подвійною щілиною можна повністю пояснити, використовуючи лише поведінку фотонів, фактично усуваючи потребу в традиційному «хвильовому» компоненті. Якщо ця точка зору стане широко поширеною, вона може змінити основи фізичної освіти та прискорити розвиток нових застосувань в оптиці та квантових технологіях.
Експеримент з подвійною щілиною: давня таємниця
Експеримент із подвійною щілиною, вперше проведений Томасом Янгом у 1801 році, продемонстрував, що світло демонструє як хвильову інтерференцію, так і поведінку частинок. Понад два століття фізики примиряли цю подвійність, стверджуючи, що світло існує в обох станах одночасно, іноді діючи як хвиля, іноді як окремі фотони.
Однак команда під керівництвом Селсо Віллаш-Боаша з Федерального університету Сан-Карлос у Бразилії пропонує іншу інтерпретацію. Вони стверджують, що інтерференційні моделі, які спостерігаються в експерименті, є не результатом зіткнень хвиль, а скоріше поведінкою «темних станів» усередині самих фотонів. Ці темні стани є квантовими умовами, за яких фотони існують, не взаємодіючи з іншими частинками, що пояснює темні смуги в інтерференційній картині без необхідності хвильових властивостей.
Переосмислення фундаментальної природи світла
Наслідки цього відкриття значні. Якщо ця модель буде підтверджена, класичне розуміння світла як хвилі не буде необхідним для пояснення спостережуваних явищ. Результати команди вже привернули значну увагу в спільноті фізиків, і Віллаш-Боас повідомив про запрошення представити роботу в кількох країнах і про широке цитування в рецензованій літературі.
Пропозиція не залишилася без опору. Деякі фізики, особливо ті, хто десятиліттями навчав подвійності хвиля-корпускула, налаштовані скептично. Цей скептицизм підкреслює важливий момент: фундаментальні зміни в науковому розумінні часто зустрічаються з початковою недовірою. Однак Віллас-Боас зазначає, що сама квантова механіка підкреслює нерозривний зв’язок між квантовими об’єктами та їхньою взаємодією з вимірювальними приладами, включаючи існування в темних станах.
За межами теорії: прихована енергія та нові технології
Дослідження виходить за рамки переосмислення існуючих експериментів. Віллаш-Боас і його колеги також показали, що теплове випромінювання, таке як сонячне світло, може містити значну енергію, замкнену в цих темних станах — енергію, яка не взаємодіє з матерією. Теоретично це можна використовувати, хоча практичні труднощі є значними.
Крім того, робота команди відкриває двері до нових технологічних можливостей. Відмовившись від хвильової моделі, вчені можуть розробити перемикачі або матеріали, керовані світлом, які взаємодіють зі світлом безпрецедентними способами, створюючи пристрої з унікальними оптичними властивостями.
“На мій погляд, це не нове. Це вже говорить нам квантова механіка”. – Сельсо Віллас-Боаш
Реконцептуалізація інтерференції в дослідженні також пропонує основу для розуміння раніше непояснених явищ, таких як інтерференція хвиль без прямого перекриття. Зрештою, дебати навколо темних фотонів підкреслюють постійне вдосконалення нашого розуміння квантового світу.
