Зууны турш ихэнх эрдэмтэд гэрэл нь долгион ба бөөм гэсэн хоёр шинж чанарыг нэгэн зэрэг агуулдаг хэмээн итгэж ирсэн. Энэхүү ойлголт нь квант онолын тулгуур суурь болж, квант механикийн шинжлэх ухааныг үүсгэсэн.
Хоёр завсрын туршилт нь энэхүү долгионлаг шинж чанарыг бататгаж, гэрэл завсраар нэвтрэхэд давхцал үүсч, тод ба бүдэг зурвасуудыг бий болгодог болохыг харуулсан билээ. Гэвч шинэ судалгаагаар уг туршилт нь заавал гэрлийг долгион гэж ойлгох шаардлагагүй болохыг харуулж байна.
Макс Планкийн Квант Оптикийн Институтын захирал Герхард Ремпе энэхүү судалгааг Бразилийн Сан Карлосын Холбооны Их сургууль болон Швейцарийн ETH Цюрихийн судлаачидтай хамтран удирдсан байна.
Орчин үеийн физик ба гэрлийн талаарх төсөөлөл
1801 онд Томас Янг гэрлийг хоёр нарийн завсраар нэвтрүүлж дэлгэц дээр давхцсан зурвасууд үүсэхийг харуулсан туршилт хийсэн. Энэ нь гэрэл долгион мэт аашилдаг гэсэн дүгнэлтэд хүргэсэн.
Зуун жилийн дараа квант механик үүсч, электроны зэрэг квант бөөмс ч мөн долгион мэт давхцал үүсгэж чаддаг болох нь ил болсон. Харин Альберт Эйнштейн фото цахилгаан эффектийг тайлбарлахдаа гэрэл нь “фотон” хэмээх багц бөөмсөөр бүрддэг гэж үзсэн. Үүний дараа Нильс Бор долгион-бөөмийн хоёрдмол чанарыг онолын түвшинд боловсруулж, орчин үеийн физикийн тулгуур баганыг тогтоосон юм.
Харанхуй ба гэрэлтэй фотон
Шинэ судалгаагаар гэрэл нь “харагддаг” (гэрэлтэй төлөв) ба “харагддаггүй” (харанхуй төлөв) фотонуудаас бүрддэг гэх үзэлд тулгуурлажээ. Гэрэлтэй төлөв нь ажиглагчтай харилцан үйлчилдэг бол харанхуй төлөв нь үл үзэгдэн оршдог.
Давхцлын хээ нь эдгээр хоёр төлөв хоорондын квант харилцаанаас бий болдог. Ажиглагч фотоны замыг мэдэх гэж оролдох үед түүний төлөв өөрчлөгдөж, харанхуй нь гэрэлтэй болох буюу эсрэгээр хувирдаг.
Ийм өнцгөөс харвал, гэрлийн зам нь долгион гэхээсээ илүүтэй квант суперпозици буюу олон төлөвт нэгэн зэрэг орших байдал гэж үзэх боломжтой болж байна.
Гэрэл ба бөөмийн харилцан давхцал
“Манай тайлбар бол квант бөөмсийн үүднээс долгионлог давхцлыг тайлбарласан үр дүнтэй загвар юм. Хамгийн тод цэгүүд нь гэрэлтэй төлөвтэй бөөмсөөс, хамгийн бүдэг нь хар төлөвтэй бөөмсөөс үүсдэг,” хэмээн Ремпе хэлжээ.
Өмнө нь физикчид гэрэл бүрэн саармагжсан цэгт материтай харилцах боломжгүй гэж үздэг байсан. Харин шинэ загварт бол, цахилгаан орны дундаж утга нь тэг байсан ч фотон оршин байж болох бөгөөд энэ нь ердийн хэмжүүрийн багажинд илэрдэггүй.
Энэ загвар нь өнгөрсөн үр дүнг няцаах бус, харин илүү нарийн түвшний ойлголт өгч буйг судлаачид онцолж байна. Тэдний загвар нь гэрлийн аль завсраар нэвтэрч байгааг мэдэх гэх мэт олон зуун жилийн турш маргаан дагуулсан асуудлуудыг тодруулахад тус болж байна.
Долгионы онол ба харанхуй фотон
Ердийн долгионы онол нь олон тохиолдолд гэрлийн шинж чанарыг сайн тайлбарладаг. Гэвч квант оптикийн тодорхой туршилтууд зөвхөн долгионлаг онолоор тайлбарлагдахгүй үр дүнг үзүүлдэг.
Максвеллын тэгшитгэлүүд нь ганц фотон атомтой харилцах зэрэг микро түвшний үзэгдэлд хүрэлцэхгүй болдог. Шинэ загвар нь фотоныг давхцлын гол цөм болгох бөгөөд долгионлаг зурвасууд нь гэрэлтэй болон харанхуй төлөвтэй фотонуудын статистик зураглал байх боломжтой гэж үздэг.
Хэрэв фотоныг гэрэлтэй эсвэл харанхуй төлөвт оруулах нөхцөлүүдийг нарийн хэмжиж чадвал, үр дүнг хянах боломж гарч ирнэ.
Хэмжилтийн нөлөө
Фотоныг аль завсраар нэвтэрч буйг тодорхойлох гэж оролдох нь Хайзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчимд тулгарна. Хэтэрхий ойрын ажиглалт давхцлын зурвасыг үгүй хийж болзошгүй.
Шинэ тайлбарын хувьд, фотоныг хэмжих гэдэг нь түүнд хүч өгөх бус, харин харанхуй төлвийг гэрэлтэй болгон хувиргах үйл явц юм. Сүүлийн үеийн квант мэдээллийн ухаанд ч ийм эмзэг системийг бүрэн “нуруушгүйгээр” ажиглах боломж байдгийг судалсаар ирсэн.
Бөөм дээр тулгуурласан гэрлийн ойлголт
Долгион-бөөмийн хоёрдмол шинж чанар нь дэлхий даяарх физикийн хичээлүүдийн үндсэн ойлголт юм. Харин энэхүү шинэ онол нь давхцлыг зөвхөн бөөмийн талаас тайлбарлах санал дэвшүүлж, квант суперпозици үзлийг төвд нь авч ирж байна.
Философийн үүднээс зарим эрдэмтэд гэрлийн талаарх төсөөллөө “гэрэлтэй ба харанхуй төлөвтэй бөөмсийн магадлал” гэсэн өнцгөөр харахыг санал болгож байна. Гэсэн ч олон их сургууль, байгууллага долгионы онолыг бодит хэрэглээнд тохиромжтой хялбарчилсан загвар хэмээн сургасаар байх болно.
Харанхуй фотонууд яагаад чухал вэ?
Шинэ загвар нь гэрэл байх ёсгүй гэж тооцогдож байсан “хоосон” хэсгүүдэд гэрлийг илрүүлэх шинэлэг аргыг хөгжүүлэх боломжийг нээж байна. Сүүлийн үеийн атомын болон ионы системийг ашиглан харанхуй бүсийг шинжлэх боломж гарч ирж байна.
Хэрэв харанхуй төлөвт буй фотоныг бусад шинж чанарт нь нөлөөлөлгүйгээр гэрэлтэй төлөвт шилжүүлж чадвал, огт өөр шинэ хэмжилтийн техникүүд бий болох магадлалтай.
Гэрлийн жинхэнэ мөн чанарыг эрж хайх нь
Энэхүү судалгаа нь “гэрлийн талаарх уламжлалт ойлголтын ямар хэсгүүд квант түвшинд сэргэж өөрчлөгдөж болох вэ?” гэсэн асуултыг тавьж байна. Зарим эрдэмтэд эдгээр санааг илүү том түвшний туршилт руу, тэр дундаа материйн долгион болон таталцлын долгион судалгаа руу өргөтгөхийг зорьж эхэлжээ.
Шүүмжлэгчид томоохон хэмжээнд бол долгионы онол хангалттай сайн ажилладаг гэж үзэж байна. Харин шинэ квант дүр зураг нь ганц фотон ба атом зэрэг микро түвшний үзэгдэлд онцгой ач холбогдолтой.
Энэ онол нь уламжлалт тайлбарлалттай өрсөлдөх үү, эсвэл түүнийг гүнзгийрүүлэх үү гэдэг нь одоогоор маргаантай хэвээр байна.
Энэхүү судалгаа Physical Review Letters сэтгүүлд нийтлэгдсэн байна.
earth.com
