Dualizm korpuskularno – falowy

Suita: Dzisiaj to ja przygotowałam trochę materiałów do dyskusji.
Aria: Na temat?
Suita: Dualizmu korpuskularno – falowego.
Aria: No to szczekaj!
Suita:
Dualizm korpuskularno – falowy jest jednym ze zjawisk kwantowych, które wszyscy znają i akceptują, ale którego nikt do końca nie rozumie.
Otóż światło w różnych sytuacjach przejawia właściwości falowe (interferencja, dyfrakcja) lub korpuskularne (pęd, umiejscowienie). Niektórzy twierdzą, że światło rozchodzi się jako fala, ale uderza jako cząsteczka. To też nie jest do końca prawda. Badania wykazały, że pojedyncze fotony zachowują się jednocześnie jak fala i jak cząsteczka.
W doświadczeniu z dwiema szczelinami wykazano, że:

  • jeśli otwarta jest jedna szczelina – fotony uderzają jak piłeczki, czyli jak cząsteczki
  • jeśli otwarte są obie szczeliny, a fotony są wypuszczane pojedynczo, to foton albo rozdziela się na dwie części, połówki przechodzą przez szczeliny, interferują ze sobą i dają interferencyjny obraz, czyli prążki albo foton przechodzi tylko przez jedną szczelinę, interferuje ze sobą i daje obraz interferencyjny – nie wiadomo, który z przypadków zachodzi
  • jeśli umieścimy detektor przy szczelinie lub szczelinach (za lub przed) aby zbadać przez którą szczelinę (lub może obie) przeszedł foton – to interferencja znika – foton przechodzi zawsze przez jedną ze szczelin i zachowuje się jak cząstka. Foton ‘wie’ o obecności detektora i nie chce pokazać którędy przechodzi, gdy interferuje
  • jeśli detektor umieścimy już po przejściu fotonu przez szczelinę – losowo – od czasu do czasu – interferencja znika – foton przechodzi przez jedną ze szczelin i zachowuje się jak cząstka. Foton ‘wie’, że w danej próbie pojawi się detektor, i że ma nie interferować

Nikt nie potrafi tego zjawiska wytłumaczyć. Uznane jest to za największą tajemnicę fizyki.
Gdybyśmy opisali to w sensie najprostszego możliwego algorytmu komputerowego (ukrywania życia fotonów :-), to foton zachowuje się jakby miał polecone:

  • przejdź przez szczelinę
  • przed uderzeniem sprawdź, czy ktoś cię nie podgląda (czy nie ma paparazzi’ch). Jeśli nikt nie podgląda – interferuj sam ze sobą (chyba, że masz partnera wtedy z nim). Jeśli ktoś cię podgląda – nie interferuj – zachowaj się porządnie (czyli jak cząstka)

Zwróć uwagę na fakt, że gdy droga fotonu jest znana lub może być znana (jest szczelina lub jest detektor) to foton zachowuje się jak cząstka, gdy droga fotonu nie jest znana (są dwie szczeliny) – zachowuje się jak fala.
Jeżeli fotony są nośnikami informacji, to ta informacja może zostać zmieniona lub przechwycona. Jeśli foton uderza jako cząstka może to oznaczać ‘informacja niepewna’:

  • informacja została zmieniona (mogła zostać zmieniona) albo
  • informacja mogła zostać odczytana

Jeśli foton interferuje oznacza to ‘informacja pewna’:

  • informacja nie została zmieniona
  • nie było próby przechwycenia (odczytania) informacji

Ludzie, aby wykryć proste zmiany w przekazywanej informacji stosują kontrolę parzystości.
Fizycy badając zachowanie fotonów, a zwłaszcza ich ‘mechanizmy decyzyjne’ wykazali się wielką pomysłowością:

Doświadczenie 1
 title=
Rys. Doświadczenie 1

Foton z lasera przepuszczano przez kryształ c rozszczepiający foton na dwa bliźniacze fotony. Jeden z nich wędruje do dolnego lustra m, drugi do górnego lustra m. Każde z luster kieruje foton do półprzezroczystego zwierciadła b. Zwierciadło b przepuszcza foton albo go odbija z prawdopodobieństwem 50%. Oba fotony dolatują do b jednocześnie co powoduje ich splecenie. Nieoznaczoność kwantowa powoduje, że nie wiemy, który z nich zostanie odbity, a który przepuszczony. Jednak wiadomo, że jeśli jeden z nich zostanie odbity, to drugi zostanie przepuszczony albo odwrotnie.
Jeżeli foton biegnący górną drogą zostanie odbity dotrze do detektora d1. Detektory zastępują ekran. Wtedy dolny foton zostanie przepuszczony i dotrze do detektora d1, Jeśli foton biegnący górną drogą zostanie przepuszczony to dotrze do detektora d2. Wtedy foton dolny zostanie odbity i też dotrze do detektora d2. W każdym z przypadków zachodzi interferencja. Nie wiemy, który foton biegnie którą drogą i nie wiemy czy jest odbity czy przepuszczony.
Ten układ jest odpowiednikiem doświadczenia z dwiema szczelinami.

Doświadczenie 2
 title=
Rys. Doświadczenie 2

Teraz w dolnej drodze między kryształem c, a lustrem m umieszczamy polaryzator p zmieniający płaszczyznę polaryzacji dolnego fotonu. W ten sposób foton zostaje oznakowany. Możemy więc poznać mierząc polaryzację na detektorze, którą drogą wędrował. Okazuje się, że interferencja znika, a fotony kierują się do różnych detektorów. Każdy foton leci inną znaną nam drogą.
Doświadczenie zmodyfikowano. Przed detektorami dodano polaryzatory s cofające polaryzację fotonu, czyli jego oznakowanie. Na detektorze znów nie można już wykryć, który foton, którą drogą wędrował. Oba fotony docierają do tego samego detektora. Interferencja wraca, mimo, że oznakowanie fotonu, a zatem wiedza o drodze, zostało cofnięte już PO przejściu fotonów przez cały układ.
Według interpretacji fizyków fotony zachowują się tak jak wiedziały w momencie znakowania, że to znakowanie zostanie później cofnięte. Nazwali to ‘wymazywaniem przeszłości’.
Według nas foton nie decyduje, którą drogą biec. Foton jest nośnikiem informacji, rejestruje zmiany. Zaszła zmiana informacji (albo ujawnienie informacji) – uderzy jako cząstka, zaszła ponowna zmiana – informacja wróciła do poprzedniego stanu, będzie interferował.
W innych doświadczeniach badano zachowania dwu fotonów (nazwanych sygnalizacyjnymi), w zależności od tego co działo się z ich fotonami bliźniaczymi (nazwanych jałowymi). Okazuje się, że interferencja fotonów sygnalizacyjnych lub jej brak zależały od tego co robiono z ich fotonami jałowymi. Można więc wnioskować, że foton wie, co dzieje się z fotonami bliźniaczymi znajdującymi się w innym miejscu.
Na gruncie informatyki można to wytłumaczyć tylko w jeden sposób: istnieje informacja ‘ponadfotonowa’. A więc powinien istnieć również pewien algorytm, który reguluje zachowanie fotonów oraz obieg informacji w danym systemie. Informacja – zapewne komuś służy. Wyraźnym celem jest zapewnienie poufności i braku zmian w przekazywanej informacji.
Fakt, że informacja zawarta w układzie może być odczytana nawet po upływie bardzo długiego czasu świadczy o istnieniu wątków. Stan układu zostanie zdeterminowany i określony, informacja zostanie skonkretyzowana i przybierze ostateczną formę, wątek zostanie zakończony, gdy obserwator dokona końcowej obserwacji.
Gdy badano soczewkowanie grawitacyjne stwierdzono, że fotony wysłane wiele lat świetlnych temu z odległych galaktyk ‘wiedziały’, czy będą tutaj obserwowane czy nie i stosownie do tego wybierały swoją ówczesną drogę – tak aby tutejszy badacz nie wiedział, którędy biegły.
Aria: Suitka, przeszłaś samą siebie.
Suita: Starałam się. ale dość już tej fizyki. Wracamy do rzeczywistości.
Aria: Najlepiej wróćmy przez kuchnię, bo czuję, że Pani zaraz zawoła nas na śniadanie.