Может вы не знали, но мир, который вы видите, существует благодаря фотонам.
Вспомните, как вы выходите на улицу в солнечный день. Теплые лучи касаются вашей кожи, все вокруг наполнено светом. Цветной мир!
Это кажется таким естественным, и вряд ли вы задумываетесь: а что вообще делает возможным свет?
Ответ прост — фотоны.
Без них мы не могли бы видеть, греться на солнце, купаться в лучах славы… Ой, простите! Про лучи славы — это о другом явлении ))
Но вот пользоваться интернетом, лазерами, смартфонами — точно не смогли бы. И современной медицинской техники, которая спасает от многих болезней, тоже не случилось бы.
Это я к тому, что фотоны — не просто частицы света, о которых быть может вы помните со школьных уроков физики. Они, в некотором смысле, — ключи к тайнам Вселенной, как бы пафосно это ни звучало. К квантовым компьютерам, сверхбыстрым коммуникациям и, возможно, даже к путешествиям за пределы привычных измерений.
И вот совсем недавно ученые смогли создать фотоны, существующие сразу в 37 измерениях.
Что это значит? Давайте разбираться, начиная с самого простого.
ЧЕМ ПРИМЕЧАТЕЛЬНЫ МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ “КУРЬЕРЫ” ЭНЕРГИИ
Метафора не случайна. Фотоны — световые частицы, которые перемещаются со скоростью света. В отличие от привычных частиц, у фотонов нет массы. Они в буквальном смысле ничего не весят! Но они несут энергию и способны взаимодействовать с материей.
Только не надо думать, что вы далеки от физики и вообще никогда с этими фотонами дела не имели. Вы взаимодействуете с ними каждую минуту, день за днём.
Не верите?
но вот несколько фактов, которые убедят вас в обратном:
- Солнце и лампочки.
Каждый раз, когда солнечный свет касается вашей кожи или вы включаете любой источник света (лампу, свечу, зажигалку), фотоны вырываются из источника и устремляются к вам со скоростью 299 792 458 м/с.
Их энергия заставляет ваши глаза видеть, а кожу чувствовать тепло. - Интернет и телефоны.
Когда вы смотрите видео на смартфоне или отправляете сообщение, фотоны проносятся со все той же скоростью света по оптоволоконным кабелям. Так они за доли секунды передают информацию на огромные расстояния.
Может вы не догадывались, но если бы не фотоны — современного быстрого интернета просто бы не существовало. - Лазеры в медицине и промышленности.
Фотоны с хирургической точностью режут ткани, исправляют зрение при лазерной коррекции, сканируют организм в МРТ-аппаратах.
А еще используются при производстве микросхем. - Фотосинтез.
Фотоны — “топливо” для растений. Они захватываются хлоропластами зеленых клеток и запускают процесс фотосинтеза. Так живые организмы превращают энергию света в питательные сахара. И в кислород, которым дышит все живое. - Телескопы и камеры.
Кстати, вы часто фотографируете на телефон? Делаете селфи, снимаете видео? Так вот, датчики вашей камеры улавливают фотоны, отраженные от предметов, и превращают их в цифровое изображение.
Фактически, мы живем в мире фотонов, просто не всегда это осознаем.
Каждый взгляд, каждое касание света, каждый вызов по телефону строится на взаимодействии с этими удивительными частицами.
ЧТО ПРЯЧЕТ МИР ФОТОНОВ: ПРИКОСНЕМСЯ К КВАНТОВОЙ ФИЗИКЕ
Фотон — не просто частица света, но и волна, энергия, информация.
В квантовой механике фотон ведет себя более, чем странно. Он способен существовать в двух местах одновременно, пролезать сразу в два отверстия. А еще, он неизменно движется со скоростью света — 299 792 458 м/с.
Ничто не может его замедлить или ускорить.
Эффект, который поражает физиков
Если вы направите один фотон на две щели в перегородке, он пролетит одновременно через обе, пока не попадает на детектор. Кажется за гранью возможного, но факт!
Это явление известно как квантовая суперпозиция и до сих пор остается одной из главных загадок физики.
Концепция суперпозиции впервые была сформулирована в квантовой механике в начале XX века. Эффект стал очевиден в знаменитом эксперименте с двумя щелями, который был проведен еще в 1801 году Томасом Юнгом.
Однако в то время ученые рассматривали свет исключительно как волну.
В начале XX века Альберт Эйнштейн и Нильс Бор в своих работах показали — свет может вести себя как частица.
Полное понимание суперпозиции появилось с развитием квантовой механики в 1920–1930-х годах, когда Вернер Гейзенберг, Эрвин Шрёдингер и Поль Дирак описали математический аппарат этого явления.
Суть суперпозиции вот в чем: квантовая частица, например фотон, не имеет определенного местоположения, пока не будет зафиксирована.
Ага, нет у нее “системы координат”. До момента измерения она существует сразу во всех возможных состояниях.
Это доказывалось множеством экспериментов, например, работами Ричарда Фейнмана в середине XX века, а затем исследованиями Антона Цайлингера, который в 1999 году провел опыты с запутанными фотонами, подтверждая — частицы могут находиться в нескольких местах одновременно.
Сегодня “буйное поведение” фотонов активно используется в квантовых технологиях: суперпозиция лежит в основе работы квантовых компьютеров, позволяя им одновременно и параллельно обрабатывать множественную информацию. Применяется в квантовой криптографии для создания защищенных коммуникаций будущего.
Квантовая запутанность — явление, которое даже Эйнштейна пугало.
Если два фотона запутаны, то, изменяя один, мы мгновенно изменяем другой, даже если они находятся на разных концах Вселенной.
Эйнштейн называл это “жутким действием на расстоянии” и долгое время сомневался в его реальности. Он считал, что квантовая механика неполна и что где-то должны прятаться “скрытые переменные”, объясняющие эти странные эффекты.
В 1935 году Эйнштейн вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном опубликовал знаменитую работу (парадокс ЭПР), где утверждал — запутанность противоречит принципам локальности. Закону, согласно которому объекты могут оказывать влияние друг на друга только через непосредственный контакт или взаимодействие со скоростью не выше скорости света.
Однако в 1964 Джон Белл предложил математическое доказательство, известное как неравенства Белла, которые можно было проверить экспериментально.
Позже, в 1980-х, Ален Аспе провел целую серию экспериментов, которые убедительно показали: квантовая запутанность реальна, и изменение состояния одной частицы действительно мгновенно влияет на другую.
Все эти открытия стали фундаментом для современных квантовых технологий, включая квантовую криптографию и квантовые вычисления. Они позволяют разрабатывать новейшие системы связи, которые невозможно взломать обычными методами.
ТЕХНОЛОГИИ СВЕТА ВАЖНЕЕ, ЧЕМ КАЖЕТСЯ
Вы наверняка слышали о кремниевой эре, — этапе технологического развития, когда компьютеры стали частью жизни благодаря полупроводникам.
Но следующей вехой технологической революцией станет эра фотоники, когда вместо электронов в вычислениях, передаче информации и обработке данных начнут использовать фотоны.
Фотоника — наука будущего. Это тоже без пафоса.
Сами посмотрите, что принесет фотоника человечеству:
- Квантовые компьютеры.
Вместо привычных битов, хранящих линейные последовательности 0 или 1, в фотонных компьютерах используются кубиты. Это нечто посложнее! Частицы, которые могут быть одновременно и 0, и 1.
Та самая суперпозиция, которая позволит решать задачи в миллионы раз быстрее. - Сверхбыстрые квантовые сети.
Уже сейчас ведутся исследования по созданию квантовой сети, где информация передается запутанными фотонами. Достигнуты определенные успехи, хоть это и очень непросто. Но тем не менее, такая сеть, благодаря запутанности, абсолютно защищена от взлома.
- Фотонные процессоры.
Технология, которая сделает компьютеры намного быстрее, уменьшив их энергопотребление. - Новые медицинские технологии.
Фотонные сенсоры смогут сканировать организм без вредного облучения и обнаруживать болезни на ранних стадиях.
По сути, фотоника — будущее всего высокотехнологичного мира.
ФОТОНЫ В 37 ИЗМЕРЕНИЯХ ОДНОВРЕМЕННО БОЛЬШЕ НЕ ФАНТАСТИКА
И вот теперь мы подошли к самому удивительному.
Ученые из Китайского университета науки и технологий смогли создать фотоны, которые существуют в 37 измерениях одновременно.
Это не плод больного воображения, а реальный эксперимент! Его результаты опубликованы в феврале 2025 в Physical Review Letters и Science Advances.
Мы с вами живем в трехмерном пространстве, так? Ну и конечно, фиксируем все вокруг происходящее тоже мерками 3D пространства.
Привычный факт: обычный фотон ведет себя как частица или волна в трехмерном пространстве.
Однако в своем новом эксперименте физики использовали специальные методы так называемого временного мультиплексирования. Они позволяют контролировать свет в разные моменты времени и объединять эти изменения в одну частицу.
Для достижения результата исследователи использовали оптические волокна и высокоскоростные модуляторы. По сути, они создали “световой процессор”, который управляет фотонами с предельной точностью. Выяснилось, что фотон ведёт себя так, будто он одновременно существует в 37 независимых квантовых состояниях.
Только не надо думать, будто манипуляция частицами света была каким-то квантовым трюком. Физики использовали комбинацию передовых методов, позволяющих увеличивать сложность состояний света без необходимости использования массивных или дорогостоящих систем.
Этот подход открывает новые возможности для квантовых вычислений и коммуникаций, делая их более эффективными и устойчивыми к помехам.
И вот ведь, что получается:
- Эксперимент открывает новые возможности для квантовых вычислений. Если фотон может находиться в 37 измерениях одновременно, значит, можно кодировать гораздо больше информации.
Вы ж понимаете, больше, чем в 37 раз )) - Сделан шаг к созданию более совершенных квантовых сетей и коммуникаций, где данные передаются не просто быстрее, а в абсолютно новой логике.
- Ученые нашли еще одно подтверждение — наша реальность может быть намного более многомерной, чем мы привыкли думать.
По сути, это исследование — шаг к пониманию многомерного мира, о котором пока можно только фантазировать.
Можете теперь согласиться, что фотоны — не просто частицы света, а ключи к тайнам Вселенной, инструмент будущих технологий и доказательство многомерности реальности? Мир сложнее, чем кажется. Чем человеку дано в ощущениях.
Но что, если наше понимание пространства и времени — лишь иллюзия? А фотоника возьмет, да изменит нашу жизнь, как однажды это сделали компьютеры, а затем интернет. Что думаете?
Делитесь в комментариях. Обсудим.
Подписывайтесь на канал - наши читатели узнаю́т больше, когда вникают в Суть явлений