Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Когда-то я подрабатывал фотографом. Снимал свадьбы и всякие мероприятия. Ну и если собирались с друзьями, то фотографировал происходящее всегда я. А поэтому угадайте что? Всё верно! Моих фотографий практически не было. Эту шутку знаю все фотографы. Фотон, в общем-то, в таком же положении.
Фотон выполняет функцию «возможности видеть предметы», перенося информацию, но сам фотон увидеть физически нельзя. Однако, так было до недавнего времени. За последние несколько дней уже во многих источниках упоминалось, что сделали первые фотографии фотона. Насколько это вообще возможно?
Что же. Для начала давайте вспомним всё про физику этой странной частицы.
Фотон не является материальным телом в прямом смысле этого слова. Он представляет собой некоторый пакет энергии. Это не тоже самое, что мячик для гольфа или что-то материальное. Физика фотона сложна и трудно воспринимается с использованием классического взгляда на проблемы. Некоторые источники описывают фотон как точечную частицу, некоторые рассматривают этот объект как квант поля, состоящий из колебания среды.
Частицей объект является весьма условно. Точнее как — взаимодействие систем с этим пакетом энергии косвенно напоминает взаимодействие с обычной частицей, но это принципиально другая физика. Ну и никто не отменял легендарный двухщелевой эксперимент, где присутствие наблюдателя (а лучше сказать — работа эффекта наблюдателя, которым был датчик) меняло поведение фотона с корпускулярного на волновой и наоборот.
Но что же тогда это? Картинка тиражируется по сети со скоростью самого фотона.
Хорошо, давайте подойдём с другой стороны. Чем автомобиль такси из Crazy Taxi отличается от обычного автомобиля такси в городе? Наверное тем, что в легендарной игре от Sega это всего лишь модель. Объект, который очень похож на саму машину, но приукрашен, рассматривается в своей Вселенной и не является этой машиной по миллиону причин. Это результат компьютерного моделирования. Вот тут примерно та же история. Популярная фотография является наиболее точной моделью визуализации фотона из всех, которые были доступны до настоящего момента. Это точно не классический снимок с засвечиванием чувствительного слоя. Это нарисованное тело.
Фотоны никогда не смогут запечатлеть изображение других фотонов. Они никак не взаимодействуют друг с другом согласно принципу суперпозиции полей.
Мы говорим про визуализацию. Причем, согласно принципу Гейзенберга у нас нет возможности про точное положение и мы никогда не сможем утверждать, что фотон находится именно в этой точке. Мы будем работать с областью вероятности его существования. Мы можем сделать карту его появления. Если раскрасить всё это и перевести в 3D, то получится именно что красивая модель. Примерно так и поступили ученые в новом громком исследовании.
Визуализация — это именно то распределение фотона через короткое время после его испускания — комментирует исследование Бен Юэн. Поскольку это квантовая частица, вы не можете измерить ее за один раз, поскольку измерение ее разрушает. Однако если бы вы повторили измерение того места, где был обнаружен фотон, много раз, вы бы увидели именно это распределение.
Собственно, на картинке это хорошо заметно. Есть зоны наибольшей вероятности и они ближе к центру. Есть зоны менее вероятные. У меня тут опять ассоциация из видеоигр. Помните, как Kabal бегает на супер-скорости? От него остаётся теневой след. В начале следа он сам и он наиболее яркий. Дальше резкость картинки уменьшается. По сути это области существования Кабала. Если также изучать фотон, то эти красивые цветные дымки будут областями с меньшей вероятностью обнаружения.
Само расположение строится на базе математической модели и функции распределения.
Тогда в чём достижение учёных? Что тут нового? Давайте опять обратимся к комментариям руководителя исследования.
Мы использовали раздел математики, называемый комплексным анализом, чтобы преобразовать задачу из непрерывного набора, основанного на действительных числах, в дискретный набор, основанный на некоторых отдельных комплексных числах — сказал Юэн. Хотя это может показаться сложным, это значительно упростило задачу, позволив нам точно представить ее как взаимодействие всего с несколькими сотнями сложных световых мод.
Исследователи утверждают, что их работа кардинально улучшает наше понимание взаимодействия света и материи, что может найти применение в солнечных батареях, квантовых вычислениях и датчиках.
Фактически, визуализация фотона тут — это весьма полезный, но побочный эффект. Примерно об этом написано и в первоисточнике на Physical Review Letters.
Так что мы не совсем-таки правильно понимаем само исследование и его цель. Однако, факт появления более точной визуализации фотона не может не радовать. Пока это наиболее точная модель, которая только может существовать.
Поделись видео: