تتصرف الفوتونات بطرق غريبة تذكرنا بأن لا شيء يبدو كما يبدو عند أصغر المقاييس المستويات الأساسية للوجود.
الفوتونات هي أصغر أجزاء ممكنة من الطاقة الكهرومغناطيسية وهي عديمة الكتلة، مما يسمح لها بالسفر بسرعة الضوء.
ومع ذلك، قد تكون هذه المآثر هي خصائصها الأقل إثارة للاهتمام لأنها تظهر أيضًا ازدواجية الموجة والجسيم، تتصرف كالموجات والجسيمات اعتمادًا على كيفية قياسها – كما هو موضح في كتاب توماس يونج الشهير في القرن التاسع عشر تجربة الشق المزدوج.
لمزيد من التحقيق في هذه الازدواجية الشبيهة بالموجة، اكتشف فيزيائيون من جامعة أوسلو (UiO) سؤالًا لم يتم طرحه من قبل: ماذا يحدث عندما تحاول قطع الفوتون إلى قسمين، مثل قطع النهاية المؤكسدة بشكل سيئ لموزة مفرطة النضج؟
“من المثير للدهشة أننا سنجد أن الفوتون المقطوع هو حالة معقدة تتضمن أعداد فوتونات تصل إلى ما لا نهاية”، كما يقول الباحثون. يقول.
“وبعبارة أخرى، من خلال قطع جزء من الفوتون باستخدام مصراع، فإننا ننتج بشكل فعال مجموعة من الفوتونات الجديدة.”
وبطبيعة الحال، بما أن الفوتون جسيم أولي، فلا يمكن في الواقع قطعه إلى النصف، على عكس الموز ذو اللون البني الأكسجين.
لذلك قام الباحثون بحساب ما يمكن أن يحدث إذا أزيل المصراع البصري – وهو في الأساس مرآة – أثناء قيامه بعكس الفوتون.
فبدلاً من إنشاء فوتونين يسافران في اتجاهين متعاكسين، قد تؤدي إزالة المرآة إلى إنتاج العديد من الفوتونات، أو ما يُعرف باسم التراكب الكمي، حيث توجد الفوتونات في دول متعددة في وقت واحد.
عند قياسها، يمكن أن تنتهي هذه الكمية نظريًا إلى أي عدد من الفوتونات: إما صفر، أو عدد قليل، أو مجموعة، حتى كمية لا نهائية.
ولكن هل يمكن للمرء حقًا توليد فوتونات لا نهائية، سواء من الناحية النظرية أو العملية؟
“هناك سوء فهم شائع حول هذا العمل. عند اقتطاع الفوتون عن طريق إزالة المرآة، فإن العدد المتوقع للفوتونات المنتجة ليس لانهائيًا.” وقال يوهانس سكار، عالم الفيزياء النظرية في UiO وأحد المؤلفين المشاركين في الدراسة، لـ ScienceAlert.
“إذا رفعت المرآة ببطء كان العدد صغيرا، وإذا رفعت بسرعة كان العدد كبيرا.
“لكن العدد المتوقع ليس لانهائيًا على الإطلاق – كان ذلك يتطلب إزالة المرآة بسرعة لا متناهية، وهو أمر غير ممكن.”
وفي الواقع، فإن احتمال قياس عدد كبير من الفوتونات يتناقص إذا تمت إزالة المرآة ببطء.
“هناك سوء فهم آخر وهو أن اقتطاع الفوتون يصعب القيام به عمليًا. وهذا غير صحيح.” – الفيزيائي النظري يوهانس سكار
بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن المكانس الكهربائية موجودة تبدو فارغة في الفيزياء الكلاسيكيةوقال الباحثون: “من المعروف أن حالة الفراغ المتحولة تحتوي على فوتونات”. يقولوعمل إزالة المرآة “يحول طاقة الفراغ إلى طاقة فوتون حقيقية.”
وعلى الرغم من أن “قطع” الفوتون لا يمكن أن يكون بهذه البساطة مثل تقطيع رغيف من الخبز عجينة مخمر منعشة ولذيذةقال سكار إن الأمر ليس بهذه الصعوبة، لأن الفوتونات موجودة في أشكال مختلفة الأطوال الموجية.
قال سكار لـ ScienceAlert: “هناك سوء فهم آخر وهو أن اقتطاع الفوتون يصعب القيام به عمليًا. وهذا غير صحيح”.
“في الواقع، يمكن أن تكون الفوتونات ضيقة النطاق طويلة جدًا، عدة أمتار، وحتى كيلومترات. بالنسبة لمثل هذا الفوتون، لا يجب أن تكون (المرآة) سريعة بشكل غير واقعي.”
متعلق ب: نظرية مذهلة تكشف بالصدفة الشكل الدقيق للفوتون
أخيرًا، تكشف هذه التجربة عن تأثير مدهش اعتمادًا على مكان ملاحظته، كما يشير سكار: “حالة الخليط المعقدة هذه تعادل محليًا فوتونًا واحدًا وفراغًا (صفر فوتونات) على يسار ويمين منطقة انتقالية ضيقة”.
لذلك، في حين أنه قد يبدو أن هناك انصبابًا رائعًا للعديد من الفوتونات في منطقة صغيرة مفصولة بالمرآة، فإن النظر إلى اليسار سينتج فوتونًا واحدًا، بينما النظر إلى اليمين سيظهر صفر فوتونات، أو مساحة “فارغة”..
ربما يكون هذا بخس أن المؤلفين يعترف أن “هذه الحالة معقدة إلى حد ما”.
هذا البحث منشور في رسائل المراجعة البدنية.
تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة مايكل ايرفينغ وتم تحريره بواسطة ريبيكا داير. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأً، يرجى اعلامنا.
