Книги по разным темам Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |   ...   | 58 |

Оказывается, что свет не так пластичен, какзолото! Задолго до того, как диаметр отверстий приблизится к десятитысячнойдоле мил­лиметра, а вдействительности, уже при диаметре отверстий около одного миллиметра светначинает оказывать заметное противодейст­вие. Вместо того чтобы проходитьчерез отверстия прямыми линия­ми, свет сопротивляется ограничению и распространяется за каждымотверстием. И распространяясь, свет рассеивается. Чем меньше диа­метр отверстия, тем сильнее светрассеивается от прямолинейного пу­ти. Появляются сложные картины света и тени. Вместо освещенной итемной областей с полутенью между ними на третьем экране мы ви­дим концентрические кольца разнойтолщины и яркости. Кроме того, там присутствует цвет, так как белый светсостоит из фотонов разных цветов, каждый из которых распространяется ирассеивается немного по-разному. На рисунке 2.5 показана типичная картина,которую мо­жетобразовать на третьем экране белый свет, пройдя через отверстия в первых двухэкранах. Не забывайте, здесь всего лишь отбрасывается тень. Рисунок 2.5— это всего лишьтень, отброшенная вторым экраном, изображенным на рисунке 2.4. Если бы светраспространялся только прямолинейно, появилась бы только крошечная белая точка(гораздо меньше, чем яркое пятно в центре рисунка 2.5), окруженная очень узкойполутенью. Все остальное было бы полной тенью — совершеннойтемнотой.

Рис. 2.5.Картина света и тени, образованная белым светом после прохождения черезмаленькое круглое отверстие

Как бы ни озадачивало то, что лучи светаискривляются, проходя через маленькие отверстия, я не считаю, что это нарушаетсами ос­новы. В любомслучае, для наших настоящих целей важно, что свет действительно искривляется.Это означает, что тени вообще не долж­ны выглядеть как силуэтыпредметов, которые их отбрасывают. Более того, дело даже не в размыванииизображения, вызванном полутенью. Оказывается, что перегородка с отверстиямисложной формы может отбрасывать тень совершенно другой формы.

Рисунок 2.6 показывает приблизительно внатуральную величину часть картины тени, отбрасываемой светонепроницаемойперегородкой с двумя прямыми параллельными щелями, находящейся на расстояниитрех метров от экрана. Щели находятся на расстоянии одной пятой мил­лиметра друг от друга и освещаютсяпрямым красным лучом лазера расположенного по другую сторону перегородки.Почему используется свет лазера, а не электрического фонарика Только потому,что точная форма тени также зависит и от цвета света, который ее производит,бе­лый свет фонарикасодержит весь спектр видимых цветов, поэтому он может отбрасывать тени синтерференционными полосами различного цвета. Значит, для получения точнойформы тени во время эксперимен­та лучше использовать свет одного цвета. Можно было бы поместитьцветной фильтр (например, цветное оконное стекло) перед фонариком так, чтобыпроходил свет только одного цвета. Это могло бы помочь, но фильтры нестопроцентно селективны. Лучше воспользоваться светом лазера, поскольку лазерможно очень точно настроить на испускание монохроматического света.

Рис. 2.6. Тень,отбрасываемая перегородкой с двумя прямыми параллельными щелями

Если бы свет распространялся прямолинейно,картина, изображен­наяна рисунке 2.6, представляла бы две ярких полосы с резкими грани­цами, расположенные на расстоянииодной пятой миллиметра друг от друга (что было бы невозможно увидеть при такоммасштабе), а осталь­ная часть экрана осталась бы в тени. Но в действительности светис­кривляется так, чтообразует много ярких и темных полос без резких границ. Если увеличитьрасстояние между щелями так, чтобы они оста­вались в пределах лазерного луча,расстояние между полосами на экра­не увеличится на столько же. В этом отношении тень ведет себя какобычная тень, отбрасываемая крупным предметом. А какую тень мы получим, еслипрорежем в перегородке между двумя существующими щелями еще две идентичныещели, так, что у нас будет четыре щели, расположенные на расстоянии однойдесятой миллиметра друг от дру­га Можно ожидать, что картина, изображенная на рисунке 2.6,оста­нется практическинеизменной. Как-никак первая пара щелей отбрасы­вает тени, показанные на рисунке2.6, и, как я уже сказал, вторая пара щелей должна произвести подобную картинутени, сдвинутую в сто­рону на одну десятую миллиметра — почти на том же самом месте.Кроме того, мы знаем, что лучи света пересекаются, не оказывая ника­кого воздействия друг на друга.Так что две пары щелей должны дать ту же самую картину тени, но в два раза ярчеи чуть более размытую.

В действительности происходит нечтоотличное. Действительная тень, отбрасываемая перегородкой с четырьмя прямымипараллельны­ми щелями,показана на рисунке 2.7 (а). Для сравнения ниже я сно­ва привожу рисунок тени отперегородки с двумя щелями (рису­нок 2.7(b)). Ясно, что тень от четырех щелей представляет собойот­нюдь не комбинациюдвух слегка отдаленных друг от друга теней от двух щелей, а имеет новую и болеесложную картину. В этой картине есть такие участки, как точка X. которая неосвещена на картине тени от четырех щелей и освещена на картине тени от двухщелей. Эти учас­ткиосвещались при наличии в перегородке двух щелей, но перестали освещаться, когда вперегородке прорезали еще две щели, пропускаю­щие свет. Появление этих щелейвоспрепятствовало попаданиюсвета в точку X.

Рис. 2.7. Тениотбрасываемые перегородкой с (а) четырьмя и (b) двумя параллельнымищелями

Таким образом, появление еще двухисточников света затемняет точку X. а их удаление снова освещает ее. Какимобразом Можно пред­ставить два фотона, направляющиеся к точке Х и отскакивающие другот друга как бильярдные шары. Только один из фотонов мог бы попасть в точку X,но они мешали друг другу, и потому ни один из них туда не попал. Скоро япокажу, что это объяснение не может быть истинным. Тем не менее, основной идеиизбежать невозможно: через вторую па­ру щелей должно проходитьчто-то, препятствующеепопаданию света из первой пары щелей в точку X. Но что Это мы можем выяснить спомощью дальнейших экспериментов.

Во-первых, картина тени от перегородки счетырьмя щелями, из­ображенная на рисунке 2.7 (а), появляется только в том случае,если все четыре щели освещены лазерным лучом. Если освещены только две щели,появляется картина, соответствующая тени от двух щелей Еcли освещены три щели,появится картина тени от трех щелей которая в свою очередь будет отличаться отдвух предыдущих. Таким обра­зом, в луче света находится нечто, вызывающее интерференциюКар­тина тени от двухщелей также появляется, если две щели заполнить светонепроницаемым материалом,но она изменяется при заполнении этих щелей прозрачным материалом. Другимисловами, интерферен­ции препятствует нечто, препятствующее свету, это может быть дажечто-то столь же несущественное, как туман. Но оно может пройти через все, чтопропускает свет, даже через непроницаемый (для материи) алмаз. Если в аппаратерасположить сложную систему зеркал и линз так, чтобы свет мог распространятьсяот каждой щели до конкретной точки на экране, то в этой точке наблюдалась бычасть картины тени от четырех щелей. Если конкретной точки достигает светтолько от двух щелей, на экране мы увидим часть картины тени от двух щелей ит.д.

Таким образом, что бы ни вызывалоинтерференцию, оно ведет се­бя как свет. Оно присутствует в луче света, но отсутствует вненего. Оно отражается, передается или блокируется тем, что отражает,пере­дает илиблокирует свет. Возможно, вы удивитесь, почему я столь дос­конально разбираю этот вопрос.Абсолютно очевидно, что это свет то есть фотонам из одной щели мешают фотоны издругих. Но, возможно вы поставите под сомнение очевидное после следующегоэксперимента, расшифровки спектров.

Что нам ожидать при проведении этихэкспериментов только с од­ним фотоном Например, предположим, что наш фонарик расположен так далеко отэкрана, что за целый день на экран попадает только один фотон. Что увидит нашалягушка, наблюдающая за экраном Если то, что каждому фотону мешают другиефотоны, - правда, то не уменьшится ли интерференция, когда фотоны будутпоявляться реже Не прекратится ли она вовсе, если через аппарат за раз будетпроходить только один фотон Мы по-прежнему можем ожидать появленияполу­теней, т. к.фотон при прохождении через щель может отклониться от своего курса (например,ударившись о край щели). Но на экране мы точно не должны увидеть участок,подобный точке X, который полу­чает фотоны, когда открыты две щели, и становится темным когда открывают дведругие.

Однако именно это мы и наблюдаем.Независимо от того, насколько редко появляются фотоны, картина тени остаетсянеизменной. Даже при проведении эксперимента с появлением одного фотона за разэтот фотон не попадает в точку X. когда открыты все четыре щели. Но стоиттолько закрыть две щели, и вспышки в точке Х возобновляются.

Возможно ли, чтобы фотон расщеплялся нафрагменты, которые после прохождения через щели изменяли бы свою траекторию ирекомбинировались Эту возможность мы тоже можем исключить. Если сновавыпустить из аппарата один фотон и у каждой щели установить по детектору, тозарегистрировать сигнал сможет максимум один из них. Поскольку при подобномэксперименте никогда не наблюдались сигналы на двух детекторах одновременно,можно сказать, что обнару­живаемые ими объекты не расщепляются.

Таким образом, если фотоны не расщепляютсяна фрагменты и отклоняются от траектории не под действием других фотонов, точто же вызывает это отклонение Когда через аппарат проходит один фотон за раз,что может проходить через другие щели, чтобы помешать ему

Давайте подойдем к рассмотрению этоговопроса критически. Мы обнаружили, что когда один фотон проходит через этотаппарат,

он проходит через одну щель, затем что-товоздействует на него, заставляя отклониться от своей траектории, и этовоздействие зависит от того, какие еще щели открыты;

воздействующие объекты прошли через другиещели;

воздействующие объекты ведут себя так же,как фотоны...,

... но они не видимы.

С этого момента я буду называтьвоздействующие объекты фо­тонами. Именно фотонами они и являются, хотя на данный моментпредставляется, что существует два вида фотонов, один из которых я временноназову реальными фотонами,а другой теневымифотона­ми. Первые мыможем увидеть или обнаружить с помощью приборов, тогда как вторые — неосязаемы (невидимы): их можнообнаружить только косвенно через их воздействие на видимые фотоны. (Далее мыувидим, что между реальными и теневыми фотонами не существует особой разницы:каждый фотон осязаем в одной Вселенной и не осяза­ем во всех параллельных Вселенных— но я опережаюсобытия). Пока мы пришли только к тому, что каждый реальный фотон находится подсопровождением эскорта теневых фотонов и что при прохождении фо­тона через одну из четырех щелейнекоторые теневые фотоны прохо­дят через три оставшиеся. Поскольку при изменении положения щелей(при условии, что они находятся в пределах луча) на экране появляют­ся различные интерференционныекартины, теневые фотоны должны попадать на всю освещенную часть экрана, кудапопадает реальный фотон. Следовательно, теневых фотонов гораздо больше, чемреальных. Сколько же их Эксперименты не могут определить верхнююграни­цу этого числа,но устанавливают приблизительную нижнюю границу. Максимальная площадь, которуюмы могли осветить с помощью лазе­ра в лаборатории, составила около квадратного метра, а минимальныйдостижимый размер отверстий мог быть около одной тысячной милли­метра. Таким образом, возможнополучить около 1012 (одноготриллио­на) положенийотверстий на экране. Следовательно, каждый реальный фотон должен сопровождать,по крайней мере, триллион теневых.

Таким образом, мы узнали о существованиибурлящего, непомер­носложного скрытого мира теневых фотонов. Они распространяются со скоростьюсвета, отскакивают от зеркал, преломляются линзами и останавливаются, встретивсветонепроницаемые барьеры или фильтры другого цвета. Однако они не оказываютникакого воздействия даже на самые чувствительные детекторы. Единственная вещьво вселен­ной, черезкоторую можно наблюдать теневой фотон, — это воздей­ствие, которое он оказывает нареальный фотон, им сопровождаемый. В этом и заключается явление интерференции.Если бы не это явление и не странные картины теней, которые мы наблюдаем,теневые фотоны были бы абсолютно незаметными.

Интерференция свойственна не толькофотонам. Квантовая теория предсказывает, а эксперимент подтверждает, чтоинтерференция про­исходит с любой частицей. Так что каждый реальный нейтрон должнысопровождать массы теневых нейтронов, каждый электрон — массы теневых электронов и т. д.Каждую из этих теневых частиц можно об­наружить лишь косвенно через еевоздействие на движение реального двойника.

Следовательно, реальность гораздо больше,чем кажется, и боль­шая ее часть невидима. Те объекты и события, которые мы можемнаблюдать с помощью приборов, — не более чем вершина айсберга.

Реальные частицы обладают свойством,которое дает нам право называть их совокупность Вселенной. Это определяющее свойствоза­ключается просто вих реальности, то есть во взаимодействии друг с другом и, следовательно, в том,что их можно непосредственно обнаружить с помощью приборов и чувствительныхдатчиков, созданных из других реальных частиц. Из-за явления интерференции онине отделя­ются отостальной реальности (то есть, от теневых частиц) полностью. В противном случае мы быникогда не узнали, что реальность — это нечто большее, чем реальные частицы. Но в хорошем приближенииони напоминают Вселенную, которую мы видим вокруг ежедневно, и Все­ленную, на которую ссылаетсяклассическая (доквантовая) физика.

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |   ...   | 58 |    Книги по разным темам