Valovi in ​​delci: dvojna narava svetlobe

Anonim

Raziskava politehniške univerze v Lozani kaže, da je valovanje in korpuskularno vedenje svetlobe mogoče zaznati istočasno in v istem fizičnem sistemu. Delo raziskovalcev v Lumsu (Laboratoire pour la microscopie et la diffusion d'électrons), ki ga je koordiniral Fabrizio Carbone, je ustvarilo sugestivne slike, ki hkrati prikazujejo dvojno naravo svetlobe: valove in fotone, ujete skupaj.

Pomemben korak naprej pri razumevanju tega kompleksnega "predmeta" fizike, nekaj mesecev po študiji Princetona (ZDA), ki je z drugačno tehniko slikanja pokazal trdno svetlobo.

Leto 2015 je mednarodno leto svetlobe. Letos pade nekaj pomembnih ponovitev: Fernelova prva dela o svetlobnih valovih (1815), Maxwell-ov elektromagnetizem (1865), Einsteinova teorija relativnosti (1915) in odkritje kozmičnega sevanja ozadja (1965).

Standardni model fizike opisuje svetlobo kot val in kot tok delcev (fotonov ali lahkih kvantov) na podlagi kvantne interpretacije, ki izhaja iz Einsteinovih študij o fotoelektričnem učinku (za kar je zaslužil Nobelovega za fiziko leta 1921).

Konec tabuja. Študija, objavljena v reviji Nature Communications, razkrije tabu, ki se mu je doslej vedno upirala: prepričanje, da se svetloba obnaša kot valovanje ali kot delček, odvisno od vrste obravnavanega konteksta (fizičnega sistema).

Drugi nedavni tabu svetlobe je hitrost fotonov (tj. Svetloba).

Sistem, ki ga je razvila švicarska ekipa, je sestavljen iz kovinskega kabla nanometričnih dimenzij (glej Mera stvari), usmerjenega z laserskim impulzom. Energija laserja se prenaša na delce, zaradi katerih kabel vibrira, hkrati pa omogoča, da se svetloba širi v obliki valov vzdolž kabla v dveh nasprotnih smereh. Ko se valovi seštevajo, nastane stacionarno valovanje (ki niha, vendar se ne širi v prostoru), tj. Svetlobni vir, ki seva okoli kabla.

Zgodovinska fotografija. Med poskusom (ki je sijajno povedal v angleškem videoposnetku spodaj) je ekipa usmerila snop elektronov v bližini nanowire: medsebojno vplivali na stacionarno svetlobo, rezultat pa je bil njihov hitrost spremenjena. Elektronski mikroskop je zaznal upočasnitve in pospeške elektronov, kar kaže na val neurejenosti. Nabor vseh elementov poskusa je tako dokazal sožitje fotonov (ki so medsebojno vplivali z elektroni) in valov (ki so ustvarili stacionarno valovanje, ki bi lahko motilo hitrost elektronov).

Predstavitev rezultatov poskusa je Fabrizio Carbone končno komentiral: "Prvič smo sposobni snemati kvantno mehaniko in njeno paradoksalno naravo!"