Οι κυματικές και σωματιδιακές ιδιότητες είναι δύο βασικές ιδιότητες της ύλης στη φύση. Στην περίπτωση του φωτός, η συζήτηση για το αν είναι κύμα ή σωματίδιο χρονολογείται από τον 17ο αιώνα. Ο Νεύτωνας διατύπωσε μια σχετικά τέλεια σωματιδιακή θεωρία του φωτός στο βιβλίο τουΟπτική, γεγονός που έκανε τη σωματιδιακή θεωρία του φωτός να γίνει η κυρίαρχη θεωρία για σχεδόν έναν αιώνα. Οι Huygens, Thomas Young, Maxwell και άλλοι πίστευαν ότι το φως ήταν κύμα. Μέχρι τις αρχές του 20ού αιώνα, ο Einstein πρότεινε τοΟπτικήκβαντική εξήγηση τουφωτοηλεκτρικόςφαινόμενο, το οποίο έκανε τους ανθρώπους να συνειδητοποιήσουν ότι το φως έχει τα χαρακτηριστικά της κυματικής και σωματιδιακής δυαδικότητας. Ο Μπορ αργότερα επεσήμανε στην περίφημη αρχή της συμπληρωματικότητας ότι το αν το φως συμπεριφέρεται ως κύμα ή ως σωματίδιο εξαρτάται από το συγκεκριμένο πειραματικό περιβάλλον και ότι και οι δύο ιδιότητες δεν μπορούν να παρατηρηθούν ταυτόχρονα σε ένα μόνο πείραμα. Ωστόσο, αφού ο Τζον Γουίλερ πρότεινε το διάσημο πείραμα καθυστερημένης επιλογής, βασισμένο στην κβαντική του εκδοχή, έχει θεωρητικά αποδειχθεί ότι το φως μπορεί ταυτόχρονα να ενσωματώνει μια κατάσταση υπέρθεσης κύματος-σωματιδίου «ούτε κύμα ούτε σωματίδιο, ούτε κύμα ούτε σωματίδιο», και αυτό το παράξενο φαινόμενο έχει παρατηρηθεί σε μεγάλο αριθμό πειραμάτων. Η πειραματική παρατήρηση της υπέρθεσης κύματος-σωματιδίου του φωτός αμφισβητεί τα παραδοσιακά όρια της αρχής της συμπληρωματικότητας του Μπορ και επαναπροσδιορίζει την έννοια της κυματικής-σωματιδιακής δυαδικότητας.
Το 2013, εμπνευσμένοι από τη γάτα Cheshire στην ταινία "Η Αλίκη στη Χώρα των Θαυμάτων", οι Aharonov και οι συνεργάτες της πρότειναν την κβαντική θεωρία της γάτας Cheshire. Αυτή η θεωρία αποκαλύπτει ένα πολύ πρωτότυπο φυσικό φαινόμενο, δηλαδή ότι το σώμα της γάτας Cheshire (φυσική οντότητα) μπορεί να πραγματοποιήσει χωρικό διαχωρισμό από το χαμογελαστό πρόσωπό της (φυσικό χαρακτηριστικό), γεγονός που καθιστά δυνατό τον διαχωρισμό του υλικού χαρακτηριστικού και της οντολογίας. Στη συνέχεια, οι ερευνητές παρατήρησαν το φαινόμενο της γάτας Cheshire τόσο σε συστήματα νετρονίων όσο και σε συστήματα φωτονίων και παρατήρησαν περαιτέρω το φαινόμενο δύο κβαντικών γατών Cheshire που ανταλλάσσουν χαμογελαστά πρόσωπα.
Πρόσφατα, εμπνευσμένη από αυτή τη θεωρία, η ομάδα του καθηγητή Li Chuanfeng στο Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Κίνας, σε συνεργασία με την ομάδα του καθηγητή Chen Jingling στο Πανεπιστήμιο Nankai, πραγματοποίησε τον διαχωρισμό της δυαδικότητας κύματος-σωματιδίου τουΟπτική, δηλαδή, ο χωρικός διαχωρισμός των ιδιοτήτων των κυμάτων από τις ιδιότητες των σωματιδίων, σχεδιάζοντας πειράματα που χρησιμοποιούν διαφορετικούς βαθμούς ελευθερίας των φωτονίων και χρησιμοποιώντας ασθενείς τεχνικές μέτρησης που βασίζονται στην εικονική χρονική εξέλιξη. Οι ιδιότητες των κυμάτων και οι ιδιότητες των σωματιδίων των φωτονίων παρατηρούνται ταυτόχρονα σε διαφορετικές περιοχές.
Τα αποτελέσματα θα βοηθήσουν στην εμβάθυνση της κατανόησης της βασικής έννοιας της κβαντομηχανικής, της δυαδικότητας κύματος-σωματιδίου, και η ασθενής μέθοδος μέτρησης που χρησιμοποιήθηκε θα παράσχει επίσης ιδέες για την πειραματική έρευνα προς την κατεύθυνση της κβαντικής ακριβούς μέτρησης και της επικοινωνίας με αντιπαραδείγματα.
πληροφορίες σε χαρτί |
Li, JK., Sun, K., Wang, Y. et al. Πειραματική επίδειξη διαχωρισμού της δυαδικότητας κύματος-σωματιδίου ενός μεμονωμένου φωτονίου με την κβαντική καταγραφή Cheshire. Light Sci Appl 12, 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
Ώρα δημοσίευσης: 25 Δεκεμβρίου 2023