Най-странният експеримент, за който не си чувал

Честно казано, това, което ще ви разкажа, още не ми е излязло от главата.

Трима физици от Университета в Осло си задали един доста странен въпрос по време на вечеря: Какво става, ако се опитаме да разрежем един фотон на две?

Звучи просто, нали? Фотоните са частици светлина. Логично е да очакваш, че можеш да ги разделиш на по-малки парчета.

Само че има един проблем. Фотоните са елементарни частици. Това означава, че не са направени от нищо по-малко. Нямат вътрешност, която да откриеш.

И въпреки това изследователите се запитали: ами ако опитаме нещо като "съкратяване" на фотон? Да използваме нещо като затвор, за да отрежем част от оптичен импулс?

Тук започва лудостта

Когато махнеш част от един фотон, се случва нещо напълно неочаквано.

Вместо да получиш две повредени половини светлина, всъщност създаваш повече фотони.

Знам. И аз се наложи да прочета това три пъти.

Екипът публикувал резултатите си в списанието Physical Review Letters. Според тяхната статия, като отрежеш част от фотон, на практика "създаваш куп нови фотони". Дори и да затвориш "ножицата" бавно.

За мен лично най-точната метафора е митичната хидра — отрежеш й една глава, две порастват на нейно място. Само че тук хидрата е направена от светлина и правилата изобщо не важат.

Защо фотоните са по-странни, отколкото си мислеше

Защо изобщо се получава това?

Ето каква е работата: фотоните не са симетрични малки пакетчета светлина. Едната страна на фотон има това, което учените наричат "безкрайна опашка". Представи си вълна, която просто... отшумява безкрайно в една посока. Това е твоят фотон.

Защото има тази асиметрия, мястото на разреза има огромно значение. Фотонът не е чисто и просто парче, чакащо да бъде разрязано.

За да разберат точно какво става, екипът от Осло си построил нещо, което учените наричат "игрален модел" — опростена версия на реалната ситуация, за да се фокусират върху същественото. Представили си един фотон, пътуващ в едно измерение, с една поляризация, право към огледало-подобна преграда, която да го отреже в движение.

И какво се получило?

Едната част била чиста празнота — нищо. Въобще нямало фотон. Другата част била пълен, цял един фотон. Двете били напълно отделни, чисти състояния, без спомен да са били част от нещо по-голямо.

Никоя част не изглеждала "разрязана". И двете изглеждали цели. Но фотона се бил... преразпределил?

Защо никой не е питал това преди?

Саміте изследователи отбелязват, че този въпрос изглежда очевиден с оглед на казаното, но явно никой не си е направил труда да го зададе преди. И мисля, че разбирам защо.

Когато си работещ физик, най-вероятно си фокусиран върху практически проблеми — експерименти, които може да доведат до пробиви в квантовите изчисления, или нови начини за предаване на информация, или разбиране на фундаменталната структура на Вселената. Да седиш и да си задаваш въпроса "ами ако просто... разрежем фотон на две?" звучи почти твърде просто.

И може би тук е урокът. Понякога въпросите, които изглеждат твърде основни, за да ги зададеш, всъщност крият най-впечатляващата странност във физиката.

Какво всъщност означава всичко това?

Трябва да бъда честен: това си е теоретично упражнение с идеализирани модели. Реалните опити биха били доста по-разхвърляни. Но основната идея — че съкращаването на фотон не намалява, а потенциално увеличава броя им — изглежда истинска.

Учените предполагат, че тези съкратени фотонни състояния може да са по-лесни за изследване с класическа физика, отколкото с квантови подходи. Но за нас, обикновените хора, които просто се възхищаваме на странността, изводът е по-прост:

Вселената е много по-странна, отколкото й признаваме.

Харесва ни да мислим, че разбираме светлината. Знаем за фотоните от над век. Използваме ги за всичко — от комуникация до медицински процедури. И въпреки това, явно все още не разбираме напълно какво се случва, когато се опиташ да отрежеш един.

Физиката не е приключила да ни изненадва. И искрено казано? Чакам с нетърпение да видим какви още въпроси не сме се сетили да зададем.

Питал ли си се някога за нещо толкова основно, че си решил, че друг вече е отговорил? Може би най-интересните открития се крият точно в тези въпроси, за които сме смятали, че е твърде неловко да зададем.