Юнг, проковыряв две маленькие дырочки в непроницаемом для света экране, задал задачу науке не разрешимую до сих пор. Лучшие умы мировой науки (Фейнман, Пенроуз и множество других наших и не наших столпов) никак не поймут, почему так не логично ведут себя частицы и волны при проходе через эти две злополучные дырочки Юнга. К сожалению, в рамках атомарного уровня познания это понять вообще невозможно, сколько не бейся. Надо перейти на квантовый уровень, на 20 порядков ниже.
И опыт то вроде простой. Ну не сравнишь же его с коллайдером. Приходится констатировать:
Загадочный эксперимент в области квантовой физики, результаты которого современная наука не может объяснить.
Прямо беда какая-то.
Вот классическая схема эксперимента. Рисунок 1.
S – источник света (у Юнга это обычный солнечный свет),
A – диафрагма с отверстием (у Юнга это оконная штора с небольшим отверстием),
B – непрозрачная пластина с отверстиями,
S1 и S2 – небольшие отверстия или щели в пластине,
Э – экран.
И тут начинаются чудеса. Когда открыта только одна щель, на экране видна одна светлая полоса. Открывая вторую щель, мы надеемся получить вторую светлую полосу. Но не тут то было. Вместо двух полос мы видим три, а то и больше полос. На рисунке их пять. Все зависит от качества опыта. Причем оказывается, что расстояние между горбами кривой освещенности Δx для различных цветов различное.
Мало того средняя светлая полоса иногда оказывается прямо между отверстиями, куда свет по логике вещей вообще не должен попадать. А он попадает. Юнг смекнул, что свет имеет волновую структуру, и волны из двух щелей создают на экране интерференционную картинку. Примерно так:
Роджер Пенроуз в своей книге “Новый ум короля” тоже нарисовал примерно такую же картинку. Рисунок 6.7.
Как видите у него перед двумя щелями волна, которая делится щелями на две меньшие волны, которые и создают интерференционную картинку на экране. В одном месте колебания взаимно погашаются, а в другом взаимно усиливаются.
И по поводу этой картинки он высказал такие мысли.
Нет ничего загадочного в поведении обычной макроскопической классической волны, проходящей одновременно через две щели. Волна в конечном счете представляет собой всего лишь “возмущение” либо некоторой непрерывной среды (поля), либо некоторого вещества, состоящего из мириад крохотных точечных частиц.
Интересно, какие поля имеет в виду Пенроуз? Думаю, что кроме магнитного, электрического, электромагнитного, гравитационного и, может быть, торсионного полей, нам ничего найти не удастся. Может быть он хочет возвратится к эфиру или какому-нибудь особому вакууму? Что из этого было в комнате Юнга? Это эти поля интерферировали в его опытах? Похоже, что – нет.
Но вот последняя мысль о веществе, состоящем из мириад крохотных точечных частиц почти верна, если понимать под этим веществом свет, а не какую-то промежуточную среду. Пенроуз не пошел по этой тропе, возможно, из-за незнания эмиссионной теории Вальтера Ритца. А возможно из-за непонимания, что такое фотон. Ибо дальше говорится:
Но в корпускулярной картине ситуация иная: каждый отдельный фотон сам по себе ведет себя, как волна! Ибо, если значительно уменьшить полную интенсивность света, то можно гарантировать, что вблизи щелей будет находиться не более одного фотона одновременно.
А один фотон – это что частица, ведущая себя как волна? Что – это какая-то летящая со скоростью света частица и все время раздувающаяся, как шар? Причем поверхность этого шара должна колебаться с соответствующей частотой. Или частица летит до щелей, не выказывая своих волновых свойств? И когда она и при каких условиях вдруг обнаружит, что ей надо развернутся до плоской волны? Практически шару с бесконечным радиусом. Какая-то несуразица.
В самом деле фотон и есть то вещество, как пишет Пенроуз, состоящее из мириад крохотных точечных частиц, то есть одиночных элементарных фотонов. Естественно, что элементарные фотоны мы измерять не можем. Это сверхзадача для человечества. Конечно же, элементарный фотон не может создать и интерференционную картинку. Это компактные вихри, которые не обладают свойством увеличения или превращения в какой-то синусоидальный вид.
Пенроуз делает верно, когда сравнивает размер фотона с размерами щели и расстоянием между щелями. Он пишет:
Если в качестве “размера” фотона принять его длину волны, то в масштабе фотона вторая щель находится от первой на расстоянии около 300 “размеров фотона” (а ширина каждой щели составляет около двух длин волн фотона).
Фотон никак не может одновременно контактировать с двумя щелями и поэтому у Пенроуза возникает вопрос:
Каким образом фотон, проходя через одну из щелей, “узнает” о том, открыта или закрыта другая щель?
И дальше:
На самом деле, в принципе не существует предела для расстояния, на которое могут быть разнесены щели, для того, чтобы произошло явление “гашения или усиления”.
А вот тут не так. В следующей статье рассмотрим это опыт с квантовой точки зрения.