Эксперимент с двумя щелями является одним из наиболее известных экспериментов в истории физики. Впервые предложенный физиком начала 19-го века Томасом Янгом, этот эксперимент восхитительно прост в своей постановке, но обманчиво сложен в том, что он говорит нам о мире.
Связанный контент
- Возлюбленная, озадачивающая «морщина во времени» была отвергнута 26 издателями
Хотя свет может вести себя как частица, эксперимент с двумя щелями был первоначально использован Янгом, чтобы показать, что свет также может вести себя как волна. Если вам нужно освежить в эксперименте, вы можете увидеть версию здесь:
Другие версии эксперимента с двумя щелями, в котором использовались электроны или даже более крупные химические молекулы, показали, что даже эти менее эфемерные объекты могут создавать волнообразные интерференционные картины.
Только в начале 20-го века физики, работающие над тогдашней новой областью квантовой механики, пришли к объяснению, которое до сих пор сохраняется: дуальность волны-частицы. Теория утверждает, что в некоторых смыслах свет, электроны и другие крошечные вещи могут вести себя как волна и как частица. В течение почти ста лет принципы квантовой физики, сформулированные некоторыми из крупнейших имен в физике - Эйнштейном, Бором, Планком и другими, - использовались для объяснения причудливых результатов Юнга и других подобных экспериментов. Однако сохранение на заднем плане стало еще одним объяснением того, как устроен мир, и, согласно журналу Quanta, недавние лабораторные исследования побуждают некоторых физиков взглянуть на основы квантовой физики.
Согласно современным представлениям квантовой физики, в самых маленьких масштабах - в области электронов, фотонов и кварков - мир не является очевидным, прямым и детерминированным. Скорее, мир является одной из вероятностей. Электроны, кажется, существуют в облаке возможностей, населяющих область, но не определенное пространство. Только когда вы посмотрите, эта аура вероятности разрушится, и электрон населяет определенное место.
Для некоторых людей такая вероятностная интерпретация мира просто нервирует. Однако для других вероятностная интерпретация представляется ненужной с научной точки зрения. «Возможно, есть и другой способ объяснить странное поведение, наблюдаемое в эксперименте с двумя щелями, которое не переходит в обычную вероятностную странность квантовой механики», - пишет Quanta Magazine .
Эта теория, известная как «теория пилотных волн», гласит, что вместо электронов и других вещей, являющихся как квазичастицами, так и квазиволнами, электрон представляет собой дискретную частицу, которая переносится отдельной волной. Из чего сделана эта волна, никто не знает. Но недавние экспериментальные исследования показывают, что в лаборатории частицы, переносимые волнами, будут демонстрировать многие из тех странных поведений, которые считались исключительными для области квантовой механики (как видно из видео выше).
Неспособность объяснить, что такое волна, является проблемой, но такова и присущая случайности современная квантовая физика.
Преимущество теории пилотных волн состоит в том, что, если она получится, она позволит физикам объяснить вещи, которые происходят даже при самых маленьких размерах, с теми же правилами, которые применяются к более крупным объектам. Это не относится к квантовой механике, где различные наборы правил применимы как к крошечным объектам, так и к более крупным.
Теория пилот-волн была впервые представлена в начале 20-го века, когда идеи квантовой физики еще находились в стадии разработки, но так и не завоевали популярность. В течение долгого времени идея исчезла из моды, но новые эксперименты, говорит журнал Quanta, означают, что теория пилотных волн - по крайней мере, в некоторых кругах - возвращается.
Видео: исследователи Массачусетского технологического института Дэниел Харрис и Джон Буш показывают, как можно заставить нефтяной шар вести себя подобно электрону.
