Свет – крайне важная составляющая физического мира. Он передает энергию, делает материю цветной и (за пределами видимого спектра) способен просвечивать предметы. А что он, собственно, из себя представляет?
Для понимания природы света нужно дать одну маленькую справку, ведь даже самые крупные ученые долгое время не сомневались в том, что свет – скорее волна, чем поток частиц. Итак, волны. Для начала, это – колебание среды. То есть никакого движения на самом деле не происходит. Молекула, атом или частица получает импульс, передвигается, чтобы этот импульс передать, а потом возвращается на место. Все остальные явления строго в рамках этого. Явление первое (дифракция) – волны могут обходить препятствия. Конечно, не любые препятствия, но это зависит от длины волны. Собственно, наткнувшись на что-то, волна может как бы разделиться надвое, чтобы это что-то обойти, и получается две новые волны вместо одной. Следствием этого будет явление второе (интерференция) – две и более волны могут накладываться друг на друга, таким образом усиливаясь или, наоборот, затухая.
Так что такое в итоге свет? Для выяснения этого деликатного момента был проведен двухщелевой эксперимент. Название говорит само за себя – есть у нас доска с двумя щелями, есть экран, и есть пучок света. И если бы на экране за доской было две яркие полоски, то свет – поток частиц. А если полосок было бы много, то значит свет – волна. И именно второй вариант увидел на экране Томас Юнг, сделав соответствующее заявление.
Но это не объясняло некоторых эффектов. В первую очередь то, как появляются изображения на фотопластинках. Эйнштейн доказал, что для получения изображения из атома пластинки нужно выбить один электрон, который потом двигался бы в сторону поверхности. Но волна выбивать электроны не может чисто физически, это может сделать только частица посредством столкновения. Мир в панике, волновая теория света трещит по швам, ученые хватаются за головы и все в этом духе.
Чтобы этого всего не произошло, эксперимент Юнга был повторен, но уже с другими условиями. Поток света был настолько слабым, что невооруженным взглядом разглядеть его очень сложно, зато с помощью инструментов получалось зафиксировать даже отдельные фотоны. Результаты эксперимента следующие: на первый взгляд, одиночные фотоны падали на экран в хаотичном порядке, но как только поток усилился, картина стала такой же, как у Юнга.
Путем, на самом деле, очень сложных умозаключений ученые пришли к выводу, что фотоны – до крайности странные частицы, из которых (все-таки!) состоит свет. Одиночный фотон может, как в случае с нашим экспериментом, проходить сразу через две щели, дробясь, усиливая сам себя и приземляясь на экран в случайном месте. А поток таких частиц усиливает уже друг друга, давая дифракционную картину.
Вывод следующий – один фотон ведет себя как частица, а вот много фотонов проявляют свойства волны. При этом уже ближе к нашему времени доказано, что такое свойство (прохождение сразу через две щели) могут проявлять и электроны, и молекулы, и, возможно, некоторые вирусы. Что может дать нам этот эффект – вопрос открытый, и здесь впору рассуждать даже о телепортации.