Квантовый скачок во времени: Знаменитый эксперимент с двойными щелями в новой интерпретации

Группа международных физиков из Имперского колледжа Лондона успешно воссоздала эксперимент с двойной щелью, продемонстрировав двойственную природу света как частицы и волны, но на этот раз в области времени, а не пространства. В эксперименте использовались материалы, изменяющие свои оптические свойства за фемтосекунды (квадриллионные доли секунды), которые потенциально могут быть использованы в новых технологиях или для изучения фундаментальных вопросов физики. Исследователи использовали тонкую пленку оксида индия-олова — метаматериал, отражательная способность которого изменялась под действием лазеров на сверхбыстрых временных интервалах, создавая «щели» для света. Этот новаторский эксперимент может привести к созданию сверхбыстрых оптических переключателей с параллельным управлением и проложить путь для будущих исследований в области временных кристаллов и метаматериалов.

Физики воссоздали эксперимент с двойной щелью не в пространстве, а во времени, используя материалы, изменяющие свои оптические свойства за фемтосекунды. Это исследование может привести к созданию сверхбыстрых оптических переключателей и развитию временных кристаллов и метаматериалов.

Группа международных физиков воссоздала знаменитый эксперимент с двойными щелями, который показал, что свет ведет себя как частица и волна, причем во времени, а не в пространстве.

Эксперимент основан на использовании материалов, способных изменять свои оптические свойства за доли секунды, что может быть использовано в новых технологиях или для изучения фундаментальных вопросов физики.

Первоначальный эксперимент с двойной щелью, проведенный в 1801 году Томасом Янгом в Королевском институте, показал, что свет действует как волна. Однако дальнейшие эксперименты показали, что свет на самом деле ведет себя и как волна, и как частица, что раскрывает его квантовую природу.

Эти эксперименты оказали глубокое влияние на квантовую физику, выявив двойственную частично-волновую природу не только света, но и других «частиц», включая электроны, нейтроны и целые атомы.

Исследовательская группа, возглавляемая физиками Имперского колледжа Лондона, провела эксперимент, используя «щели» не в пространстве, а во времени. Для этого свет пропускался через материал, свойства которого меняются за фемтосекунды (квадриллионные доли секунды), позволяя проходить свету только в определенные моменты времени в быстрой последовательности.

Глава Школы физики и астрономии Университета Монаш профессор Стефан Майер входил в состав группы, участвовавшей в этом интересном эксперименте, и был соавтором исследования, опубликованного в научном журнале Nature Physics.

«Концепция временных кристаллов может привести к созданию сверхбыстрых, распараллеленных оптических переключателей», — сказал профессор Майер.

«Кроме того, это прекрасная демонстрация волновой физики и того, как мы можем перенести такие понятия, как интерференция, из области пространства в область времени».

Ведущий исследователь профессор Риккардо Сапиенца (Riccardo Sapienza), сотрудник физического факультета Имперского колледжа Лондона, сказал: «Наш эксперимент позволяет больше узнать о фундаментальной природе света и одновременно служит ступенькой к созданию совершенных материалов, способных тонко управлять светом как в пространстве, так и во времени».

Первоначальная установка с двойной щелью включала в себя направление света на непрозрачный экран с двумя тонкими параллельными щелями в нем. За экраном находился детектор прошедшего света.

Чтобы пройти через щели в виде волны, свет расщепляется на две волны, которые проходят через каждую щель. Когда эти волны снова пересекаются на другой стороне, они «интерферируют» друг с другом. Там, где встречаются пики волн, они усиливают друг друга, а там, где встречаются пик и впадина, они гасят друг друга. В результате на детекторе образуется полосатый рисунок, состоящий из областей с большим и меньшим количеством света.

Свет также можно разделить на «частицы» — фотоны, которые, попадая на детектор по одному, постепенно формируют полосатую интерференционную картину. Даже когда исследователи выпускали только один фотон за раз, интерференционная картина все равно возникала, как будто фотон разделился на две части и прошел через обе щели.

В классическом варианте эксперимента свет, выходящий из физических щелей, меняет свое направление, поэтому интерференционная картина записывается в угловом профиле света. Вместо этого в новом эксперименте временные щели изменяют частоту света, что приводит к изменению его цвета. Таким образом, цвета света интерферируют друг с другом, усиливая и ослабляя определенные цвета, создавая интерференционную картину.

В качестве материала команда использовала тонкую пленку оксида индия-олова, из которого изготавливается большинство экранов мобильных телефонов. Лазеры изменяли его отражательную способность в сверхбыстрых временных интервалах, создавая «щели» для света. Материал реагировал на лазерное воздействие гораздо быстрее, чем ожидали специалисты, изменяя свою отражательную способность за несколько фемтосекунд.

Этот материал представляет собой метаматериал, обладающий свойствами, не встречающимися в природе. Такое тонкое управление светом является одной из перспектив метаматериалов, а в сочетании с пространственным управлением может привести к созданию новых технологий и даже аналогов для изучения фундаментальных физических явлений, таких как черные дыры.

Соавтор работы профессор сэр Джон Пендри из Имперского колледжа сказал: «Эксперимент с двойными временными щелями открывает дверь к совершенно новой спектроскопии, способной разрешить временную структуру светового импульса в масштабе одного периода излучения».

Далее команда планирует исследовать это явление в «кристалле времени», который является аналогом атомного кристалла, но в котором оптические свойства изменяются во времени.

Ссылка: «Временная дифракция с двойной щелью на оптических частотах» Romain Tirole, Stefano Vezzoli, Emanuele Galiffi, Iain Robertson, Dries Maurice, Benjamin Tilmann, Stefan A. Maier, John B. Pendry and Riccardo Sapienza, 3 апреля 2023 г., Nature Physics . DOI: 10.1038/s41567-023-01993-w

Подробнее на SciTechDaily

Эксперимент по изменению времени: Физики раскрывают квантовую природу света в новом измерении

Игры с квантовой интерференцией для решения загадки физики

По стопам Эйнштейна и далее: Новый взгляд на основы квантовой механики

Квантовая интерференция экспериментально продемонстрирована на больших молекулах

Киригами вдохновляет на создание лучших повязок для деформируемых участков тела

Подземный нейтринный эксперимент по поиску безнейтринного двойного бета-распада

Снимки сверхбыстрых переключений в квантовой электронике могут привести к созданию более быстрых вычислительных устройств

Ученые раскрыли квантовое поведение в гидродинамике

6 комментариев к «Квантовый скачок во времени: Знаменитый эксперимент «Двойной свет» в новом представлении»

Bao-hua ZHANG | April 13, 2023 at 8:28 pm | Reply

Один из пользователей сети однажды оставил в комментариях высказывание. Науку не интересует, откуда взялась та или иная идея. Единственной проверкой правильности идеи является эксперимент. Человек, написавший это на доске, был Ричард Фейнман. Эксперименты действительно могут способствовать прогрессу теории. Однако ограниченность экспериментов делает неизбежным то, что многие теории не могут быть проверены с помощью экспериментов. Причина величия человека заключается в том, что он обладает мощными теориями, основанными на логике и математике. Любой эксперимент не может обойтись без правильных и научных теорий. Подобно тому, как был переосмыслен знаменитый эксперимент «Двойной свет», что является основой и фундаментом для постановки научного эксперимента? Объективные условия? Субъективное мышление? Что может сделать человек?

немного перевозбудился из-за того, что включение/выключение выключателя дало ожидаемые результаты.

Torbjörn Larsson | April 15, 2023 at 5:00 am | Reply

Во-первых, общий результат был предсказан, но еще не проверен. Испытание и его метод были первыми, а время отклика материала — неожиданным.

Во-вторых, это — эксперимент, быстрая реакция — дало метод, который «может создать новые технологии и даже аналоги для изучения фундаментальных физических явлений, таких как черные дыры.»

Где же перевозбуждение!?

Это очень увлекательно! Так легко проскочить мимо. Все происходит очень быстро!

Свет — это волна, а не частица. Одна из ошибок заключается в том, что они думают, что выстреливают по одному «фотону» за раз. Вы не можете выстрелить одним фотоном, если свет — волна, поэтому интерференционная картина все равно образуется. Это еще одна чудовищная ошибка в физике (наряду с красным смещением и затемнением света), приводящая к невозможности описать гравитацию, которая является формой деформации пространства, которую можно смоделировать с помощью генераторов ЭМ-волн в виде стоячей волны (точно так же, как мы можем строить изображения с помощью лазеров). Если лазер — это узконаправленная волна, то это не значит, что это и поток частиц, а скорее однонаправленная волна (вместо двухмерной). Пока наука не начнет признавать такие фундаментальные ошибки мышления, мы никогда не перейдем в эпоху искривления пространства, чтобы обойти скорость света, которая сама по себе является тактовой частотой процессора компьютерной симуляции, которую мы называем «Вселенной» (извините, но мы действительно находимся внутри компьютерной симуляции).