Fotony jsou zvláštní tvorové.
To víme. Jedná se o nehmotné balíčky elektromagnetické energie. Pohybují se rychlostí světla. Ignorují zákony, které drží jablka na větvích stromů.
Existuje však jistý kvantový trik, který mozek vyvede z rovnováhy ještě více než dualita vlny a částic. Je spojen se zrcadly. A banány. Nebo alespoň s myšlenkou rozřezat foton jako přezrálé ovoce.
Fyzici z univerzity v Oslu položili otázku, která dosud nebyla téměř nikdy položena. Jak můžete „odříznout“ (odříznout) foton?
Pokud banán rozpůlíte, získáte dvě poloviny. Pokud rozdělíte foton na polovinu, nezískáte dva fotony.
Skončíš s nepořádkem.
“Překvapivě jsme zjistili, že zkrácený foton je komplexní stav zahrnující množství fotonů až do nekonečna.”
Výzkumníci simulovali proces odstranění optické závěrky – v podstatě zrcadla – zatímco se od ní odrážel foton.
Chtěli vidět, co se stane, když se odraz v polovině cesty přeruší.
Mýtus o nekonečných fotonech
Matematika tvrdí, že výsledkem je superpozice.
V tomto stavu je foton v několika stavech současně. Při měření můžete najít nula fotonů. Můžete objevit několik. Nebo, na extrémní teoretické hranici, nekonečné číslo.
Nekonečný. Množství. Fotony.
Zní to směšně. A tak to je. Ale to je jen kvůli běžné mylné představě.
Johannes Skar, teoretický fyzik na univerzitě v Oslu a spoluautor studie, tento zmatek objasnil. V rozhovoru pro ScienceAlert vysvětlil omezení experimentu.
Očekávaný průměrný počet fotonů není nekonečný.
Vše závisí na rychlosti.
Pokud budete zrcadlo sundávat pomalu, získáte malý počet fotonů. Pokud je to rychlé, je to velké. Chcete-li získat skutečně nekonečný počet fotonů, musíte odstranit zrcadlo v nulovém čase.
To by vyžadovalo nekonečnou rychlost.
Fyzika to neumožňuje.
Proč vakuová energie vytváří skutečné částice
Dá se to tedy udělat v praxi?
Ano.
Dalším mýtem je, že ořezávání fotonů je příliš obtížné na implementaci. Scar uvádí, že to není pravda.
Délka fotonů je různá. Úzkopásmový foton se může natáhnout na metry. Nebo kilometry.
Na foton takové délky nepotřebujete závěrku s nereálně vysokou rychlostí. Stačí zablokovat část jeho vlnového balíčku.
Mechanismus je fascinující. V klasické fyzice je vakuum prázdné. V kvantové mechanice ne.
Stav vakua obsahuje potenciální energii.
Když je zrcadlo odstraněno, tento proces přemění energii vakua na energii skutečných fotonů. Oříznutí nejen odřízne světlo. Vytváří nové světlo z prázdnoty.
Co vlastně uvidíte
Tady je ta nejpodivnější část.
Stav vytvořený takovým prořezáváním je lokálně ekvivalentní jednodušším stavům v závislosti na tom, kde pozorujete.
Představte si oblast mezi zrcadlem a dráhou fotonů.
Pozorovatel nalevo od této úzké přechodové zóny vidí jediný foton. Nic neobvyklého. Předvídatelný.
Pozorovatel vpravo vidí vakuum. Nula fotonů. Prázdný prostor.
Ale v té jemné přechodové oblasti?
Dochází k brilantnímu přelivu možností. Smíšený stav, který nelze popsat jednoduchým výpočtem.
Scar přiznal, že to bylo všechno složité.
To nám připomíná, že v nejmenším měřítku není realita pevná. Je tekutá. Je to pravděpodobné.
Myslíme si, že světlu rozumíme.
nerozumíme.
A pokud se to pokusíte přerušit, vesmír vám může nabídnout nekonečno. Nebo nic.
Vše závisí na tom, jak rychle se vaše zrcadlo pohybuje.
