Физики воссоздали мысленный эксперимент Эйнштейна и подтвердили правоту Бора
Ученые впервые на практике реализовали знаменитый мысленный эксперимент с «подвижной щелью», который обсуждали Бор и Эйнштейн почти 100 лет назад. Опыт с отдельным атомом показал, что попытка отследить путь частицы неизбежно разрушает ее волновые свойства.
Квантовая механика утверждает, что объекты могут вести себя и как частицы, и как волны. Однако увидеть оба состояния одновременно невозможно. Это ограничение называют принципом дополнительности. В 1927 году Альберт Эйнштейн поспорил с Нильсом Бором и предложил способ обойти этот запрет.
На знаменитой Сольвеевской конференции Эйнштейн придумал мысленный эксперимент с двумя щелями, через которые пролетает частица света — фотон. Если одна из щелей будет подвижной, она должна отшатнуться при ударе фотона, как при ударе по бильярдному шару.
Эйнштейн считал, что измерение этого отскока укажет точный путь частицы и тем самым принцип дополнительности будет нарушен. При этом на экране останется волновой узор — интерференционная картина. Так ученый надеялся сохранить и знание о траектории, и волновые свойства света.
Бор возразил оппоненту. Он доказал, что если измерить отскок щели достаточно точно для определения пути, то сама щель потеряет определенность положения согласно принципам квантовой механики. Это неизбежно размоет волновой узор на экране. Долгое время проверить этот спор на практике не удавалось. Чтобы заметить удар невесомого фотона, «щель» должна быть невероятно легкой. Любое макроскопическое зеркало слишком тяжелое для столь тонких эффектов.
Теперь команда исследователей решила эту задачу с помощью лазерных технологий. Авторы работы, опубликованной в журнале Physical Review Letters, заменили механическую щель отдельным атомом рубидия-87.
Физики поймали атом в ловушку из сфокусированного лазерного луча — оптический пинцет. Затем рубидий охладили почти до абсолютного нуля. В таких условиях тепловое движение замирает, атом переходит в основное состояние. Импульс его движения становится сопоставим с неуловимым импульсом одного фотона. Это превратило атом в идеальный сверхчувствительный детектор.
В эксперименте фотон налетал на атом и рассеивался. Если фотон отталкивался от «щели», атом получал импульс отдачи. Ученые меняли настройки лазерной ловушки и регулировали, насколько жестко свет удерживает рубидий на месте. Глубину ловушки варьировали от 0,6 почти до 10,5 милликельвина.
Выяснилось, что поведение системы полностью зависит от жесткости фиксации атома. Когда ловушка была «мягкой», атом свободно двигался и легко отскакивал при ударе фотона. Это позволяло приборам узнать, по какой траектории полетела частица света. Но в этом случае волновая картина на детекторах пропадала. Запутанность между движением атома и фотона разрушала интерференцию.
При жесткой фиксации атом почти не смещался. Его неопределенность импульса возрастала, и определить путь фотона становилось невозможно. Зато на экране четко проступали полосы интерференции. Частица света вновь вела себя как волна. Промежуточные настройки ловушки позволили наблюдать плавный переход между этими двумя режимами, как бы переключая свет из состояния частицы в состояние волны.
Воплощенный мысленный эксперимент Эйнштейна поставил точку в вековом споре: он полностью совпал с теоретическими предсказаниями Бора. Как только атом‑»щель» хранил информацию о пути, квантовая интерференция исчезала, а когда информация о пути терялась, полосы возвращались.
Физики доказали, что даже идеальный измерительный прибор не может обмануть природу. Получение информации о пути частицы всегда происходит за счет утраты ее волновых свойств.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые из МФТИ и ИППИ РАН выяснили, что у квантовых полей вблизи черных дыр (или ускоренно расширяющейся Вселенной) есть «порог нагрева». До этого порога чем выше температура, тем быстрее поле «забывает» свое прошлое. А выше порога нагрев уже не помогает: скорость забывания становится постоянной и определяется не температурой, а самой формой пространства (например, размером горизонта).
Исследователи из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН определили, при каких условиях квазиклассические модели водородной плазмы начинают давать нефизичные результаты. Ученые показали, что при достаточно сильном взаимодействии частиц такие модели перестают правильно учитывать квантовые эффекты, связанные с принципом Паули. В результате в расчетах возникают нефизичные электрон-ионные кластеры, а моделируемая система теряет устойчивость.
Почему один человек легко заводит друзей, а другой предпочитает держаться в стороне? Откуда берется привычка все планировать? Почему некоторые люди сомневаются в себе? Международный коллектив ученых проанализировал данные о геномах миллиона человек и выявил 1260 независимых генетических вариантов, связанных с основными пятью чертами личности человека. Результаты исследования показали, что на индивидуальные особенности личности влияет не только воспитание, опыт и окружающая среда, но также гены.
Группа российских исследователей, в которую вошли океанологи Санкт-Петербургского университета, выявила существование ранее неизвестных механизмов распространения «волн Россби». В ходе работы им удалось зафиксировать точки, где перенос энергии прекращается, а траектории движения воды претерпевают изменения. Дополнительно ученые обнаружили асимметрию в динамике волновых процессов, зарождающихся у западных и восточных прибрежных течений.
Мумии сохраняют следы не только болезней и травм, но и самих процедур, которым подвергали тела после смерти. Компьютерная томография головы мумии, много десятилетий пролежавшей в музее, раскрыла не совсем привычный способ извлечения мозга и другие детали бальзамирования.
Инженеры компании HONOR выпустили смартфон с кремний-углеродной батареей на 7000 миллиампер-часов, сохранив толщину устройства в пределах 7,8 миллиметра. Разработка доказала, что переход на кремниевые аноды окончательно решил проблему громоздких аккумуляторов высокой емкости.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии