Совсем недавно выяснилось, что воронка
тунгусского латвийского метеорита была выкопана лопатой
. И хорошо, что вовремя это обнаружилось – на науку не повесят задание объяснять все несуразности этого явления. Вот и меня сейчас подмывает спросить - а не выкопаны ли лопатой результаты тех экспериментов, над объяснением которых мы ломаем головы?
Сейчас я перечислю две основные нестыковки, которые вызывают у меня тревогу и подозрения. А для иллютрации обращусь к статье Путенихина «Главная загадка физики квантов» из последнего выпуска журнала «Квантовая магия» [Квант. Маг. 6, 4126 (2009)], которая может служить неплохим обзором к проблеме.
Нестыковка №1.
Читаем «Для получения эффектов наложения двух порций света необходимо, чтобы они исходили из одного источника …». Иными словами здесь изложено требование когерентности, при неудовлетворении которого интерференционная картина не получается.
Вдумаемся в причины того, для чего здесь понадобилось требование когерентности. А причина здесь может быть всего одна единственная – для обеспечения того, чтобы частицы/волны вылетали из щелей в одной и той же фазе! Или, если сформулировать это требование точнее, - разность фаз частиц/волн при прохождении щелей должна быть величиной постоянной в течение всего эксперимента. Это требование интуитивно понятно, поскольку пучности возникают (по крайней мере, в случае волн) оттого, что в этих точках друг на дружку накладывается максимум одной волны на максимум другой. Аналогично, накладываемые друг на друга минимумы образуют провалы.
Однако заметим, что требование когерентности перестает быть необходимым (по крайней мере, с точки зрения формальной логики), когда прохождение осуществляется «поштучно». В последнем случае «штука» либо проходит только через одну из щелей, когда как через другую не проходит ничего такого, о чьей фазе можно было бы говорить. А в том случае, если частица/волна проходит через обе цели одновременно, то тут когерентность достигается автоматически, без участия источника излучения.
Нестыковка возникает в том месте, когда частицы/волны испускаются «поштучно». В этом случае понятие когерентности не может быть применимо, т.к. при «поштучном» испускании какая-либо разница между когерентным и некогерентным излучением отсутствует.
Более того,
если «поштучный» способ излучения способен давать интерференционную картину, то не видно никаких причин для того, чтобы некогерентное излучение (а также излучение от разных источников!) давало бы тот же самый эффект. Ведь если частицы/волны пекутся поштучно, то разве важно на какой сковородке?
К этой нестыковке я еще добавляю долю сомнения в том, что в проводимых опытах действительно имели дело с отдельными частицами, а не с периодически испускаемыми парами или группами! Ведь низкая плотность потока еще никак не свидетельствует о том, что мы имеем дело с одинокими путешественниками, а не малыми группами. Даже если очень долго ничего не излучалось, то это не гарантия того, что будет излучен одиночка, а, скажем, не пара или тройка.
Нестыковка №2.
Рассмотрим рисунок, приведенный в той же статье Путенихина:
Обратим внимание, что здесь используется не какой-нибудь делитель потока, основанный на сортировке фотонов по их характеристикам, а примитивная система, основанная на случайности столкновения фотонов с атомами серебра (серебряное зеркало). В зависимости оттого, насколько плотен оказался нанесенный слой серебра, фотон попадает либо в дырочку, где он минует столкновение с серебром, либо отражается от серебряного зеркала. Чем плотнее и толще слой серебра, тем труднее попасть в дырочку, которая дает возможность лететь прямо.
Полупрозрачные зеркала обычно получают химическим осаждением металлического серебра на поверхность стекла (реакция «химического зеркала») с одновременным контролем интенсивности проходящего и отраженного светового потока. Как только их интенсивности сравняются, осаждение серебра тут же прекращают, вынимая пластинку из раствора и промывая ее дистиллированной водой. Здесь для вас важен тот факт, что фонон
НЕ ВЫБИРАЕТ себе путь, а отражается вполне случайно. Другими словами, отражаться фотону или лететь прямо, решает зеркало, а не сам фотон! Чем гуще это зеркало наквасишь, тем сильнее получится его отражающая способность и меньше пропускающая. Короче говоря, фотон здесь существо зависимое от обстоятельств и лишенное в данной ситуации свободы выбора. Поэтому апелляции к тому, что траектория фотона может как-то зависеть от его состояния (волновой функции, фазы или чего-то подобного), по меньшей мере, сомнительны.
На этом фоне совершенно неправдоподобно звучат утверждения того, что после второго полупрозрачного зеркала (в верхнем правом углу рисунка) все фотоны верхнего горизонтального пути летят прямиком в детектор A, да так, что НИ ОДИН (!) из них не отражается от поверхности полупрозрачного зеркала. Спрашивается почему? По каким таким причинам это зеркало перестало отражать?
Упования на запутанность обоих пучков фотонов дела ничуть не проясняют. Да будь они хоть трижды запутаны между собой! Ведь зеркало-то остается зеркалом, и его зеркальные свойства (степень отражающей способности) у него никто не отнимал! Ведь по сути своей оно делитель потока, основанный на величине «пор», только и всего. Как он может пропускать через себя весь горизонтальный поток без малейших признаков отражения, а вертикальный поток (который падает на зеркало снизу вверх) отражать на все 100%? Быть этого не может быть, потому что не может быть никогда!
Вопросы я оставила открытыми, хотя полагаю, что ответ на второй вопрос я знаю. Ответ таков: второе полупрозрачное зеркало точно так же делит падающие на него потоки точно пополам, как и первое зеркало. И в направлении детекторов A и B поступают совершенно равные по энергии пучки фотонов. Только ... детектор A свой поток видит, а детектор B своего не видит. Думаете так не бывает? А вот и бывает!
Есть такая старая олимпиадная задачка по физике на предмет сохранения энергии. Тест своего рода на материалистические убеждения и отсутствия веры в вечный двигатель
. Звучит эта задачка так: два волновых излучателя генерируют на воде волну
навстречу друг другу, находясь на противоположных сторонах водяной дорожки. Или эквивалентная ей задачка из акустики: два излучателя звука (вибратора) генерируют звук с разных сторон трубы-волновода. При этом частота излучения у них одинакова, а разность фаз такова, что излучаемые ими волны в каждой точке трубы находятся в противофазе. Угасанием амплитуды предлагается пренебречь (труба относительно коротка, что позволяет не учитывать ослабление силы звука при удалении от источника). Простейший случай - когда вибраторы колеблются синхронно (гармонически), а длина трубы выбрана такой, чтобы смещение оказалось ровно в половину периода излучаемой частоты. При этом в любой точке между излучателями происходит алгебраическое сложение амплитуд от обоих излучателей, что дает в результате тождественный ноль в любой точке трубы из-за того, что оба излучения приходят в нее точно в противофазе. Образуется своего рода «мертвая зона», в которой звука не слышно, хотя оба излучателя включены на полную мощность. Вопрос же звучит так: куда эта мощность девается?
Сразу подскажу, что сваливать на то, что мощность превращается в теплоту, неверно. Ведь внутри трубы газ не вибрирует, а, стало быть, и не совершает работы трения. Ответ же дается такой – энергия никуда не девается, а достигнув второго излучателя, восстанавливается и продолжает распространяться далее в бесконечность. Т.е. излучение каждого из излучателей может быть обнаружено в области, находящейся позади противоположного излучателя. И это излучение сохраняет всю энергию, полученную им от своего излучателя.
Подобная ситуация имеет место и на приведенном рисунке. Здесь после второго полупрозрачного зеркала потоки в направлении детекторов A и B складываются из двух половинок. Только в направлении детектора B они складываются в противофазе (формально гася друг друга), а в направлении детектора A – в прямофазе (восстанавливая исходный уровень излучения). Здесь находится и место для когерентности – она оказывается необходимой для строгого поддержания синфазности или противофазности на всем пути дальнего следования.
Таким образом, наша задача-загадка выродилась в примитивную ситуацию, когда смешиваются в одну струю два потока излучений, находящихся в строгой противофазе. Статистически, если загрести из этой струи пригоршню фотонов, то
тех и противоположных им свойств окажется в точности поровну, что заставляет нас и детектор диагностировать нулевое среднее. Теперь мой диагноз полностью очевиден –
суть парадокса заключена в том, что грубые детекторы не в состоянии отличить нулевое среднее от полного отсутствия! В результате чего создают иллюзию, что «материя/энергия исчезла» там, где нулевое среднее оказывается более «мелкодисперсным», чем разрешение детектора. А тут вопят – «запутанность, запутанность!». Это в головах запутанность!
Автор