Опыт Юнга в Домашних Условиях

Редколлегия журнала Physics World составила список из десяти важнейших экспериментальных и теоретических результатов, полученных физиками в 2011-м.

Самыми обсуждаемыми физическими темами уходящего года стали поиски бозона Хиггса, ширина диапазона допустимых масс которого сократилась уже до ~10 ГэВ, и регистрация нейтрино, которые, если верить коллаборации OPERA, двигались со сверхсветовой скоростью. Эти исследования в отборе, однако, не участвовали, поскольку хиггсовская частица так до сих пор и не обнаружена, а данные OPERA многим кажутся ненадёжными.

После исключения двух главных новостей физики частиц на первый план вышла квантовая механика:

НАИБОЛЕЕ ЗНАЧИМОЙ работой 2011-го сотрудники Physics World признали опубликованную в журнале Science статью о «слабом» измерении импульса фотонов.

Чтобы оценить важность этой работы, необходимо вспомнить принцип неопределённости Гейзенберга, который устанавливает запрет на одновременное и точное определение положения и скорости квантовой частицы. Такое ограничение делает невыполнимой задачу об установлении траектории одиночной частицы, разрешимую в классической физике. Доказательство истинности принципа Гейзенберга даёт опыт Юнга, где свет направляется на ширму с двумя параллельными прорезями, за которыми находится экран: оказывается, здесь невозможно определить, через какую щель прошла частица (то есть измерить её координаты), и одновременно регистрировать на экране эффекты интерференции (можно считать, что это эквивалентно измерению импульса). Корпускулярные (траектория, приписываемая частицам) и волновые (интерференция) свойства дополняют друг друга при описании квантовой системы, и наблюдать эти свойства в одном и том же опыте, согласно сформулированному Бором принципу дополнительности, нельзя.

Недавно рассмотренный простой мысленный эксперимент показывает, что традиционная формулировка принципа дополнительности не совсем верна. «Слабые» измерения, впервые рассмотренные ещё в 1988 году, дают возможность доказать это на практике.