Невірна інтерпретація одного експерименту

0
3

Сьогодні в Science вийшла надзвичайно дивна стаття Rulіng Out Multi-Order Interference in Quantum Mechanics. Скажу навіть більше — неправильна стаття. Там описується якийсь інтерференційний экспримент, до нього питань немає, але висновки з нього робляться абсолютно дикі. Про цю роботу вже написали в Nature News, а також у жовтих виданнях PhysOrg і ScienceDaily, звідки «наукові журналісти» і черпають новини — і скрізь дається абсолютно неправильна інтерпретація результатів. Можна не сумніватися, завтра-післязавтра новину піде по Рунету, повністю заплутуючи всіх, хто спробує її зрозуміти.

Скрізь, починаючи від анотації до самої статті в Science і закінчуючи жовтими виданнями, робиться два абсолютно невірних затвердження:

  • Затверджується, що у квантовій механіці інтерферують тільки пари шляхів.
  • Стверджується, що це називається «правилом Борна».
  • Друге твердження можна вважати термінологічної нісенітницею, бог з нею (ось що таке правило Борна насправді). А ось перше твердження у будь-якого фізика викликає, м’яко кажучи, здивування. Тому що насправді в квантовій механіці інтерферують один з одним всі шляхи, що ведуть із заданого початкового стану в кінцеве, скільки б їх не було — хоч два, хоч три, хоч нескінченно багато. Знаменитий фейнмановский інтеграл по шляхах — це як раз і є математичне вираження цього факту. Насправді, якщо відкрити саму статтю і прочитати перші рядки, все стає зрозумілим. Але оскільки автори роботи не спромоглися пояснити результати грамотною мовою, доведеться хоч якось компенсувати цю плутанину тут.

    Мова в статті йде про саму звичайну інтерференцію світла. Світло проходить через заслінку з двома щілинами, в результаті чого на екрані з’являються інтерференційні смуги. Стандартна інтерпретація: кожен фотон, випущений джерелом, проходить одразу через обидві щілини, ЕМ поля після проходження цими двома шляхами складаються один з одним (це називається принцип суперпозиції), і вийшла освітленість є квадрат від суми полів. Цей квадрат суми відрізняється від суми квадратів на интерференционное доданок, яке періодично змінюється на екрані і породжує смуги. Символьно, це можна записати так:
    PAB = (A+B)2 = A2 + B2 + 2AB = PA + PB + IAB.
    (Вектори, комплексні числа, модулі для простоти опущені).

    Нехай тепер у нас є три щілини (саме це і було «нововведенням» експерименту в роботі). Сумарне поле на екрані є сума полів від всіх трьох шляхів, і освітленість на екрані тоді запишеться так:
    PABC = (A+B+C)2 = PA + PB + PC + AB + ROMAN + IBC.
    Спостереження: у разі такого багато-шляховий інтерференції всі величини нам вже відомі, і ніякої нової «потрійний інтерференції» IABC тут немає. Іншими словами, якщо ми знаємо картину освітленості при відкритті пар щілин A+B, B+C, A+C, а також від кожної щілини окремо, то ми можемо передбачити інтерференційну картину, коли відкриті всі три щілини. Експеримент якраз полягав у перевірці цього твердження (воно, зрозуміло, підтвердилося).

    Це все ще нормально. Проблема в тому, що автори висловлюють цей результат такими словами: доведено, що інтерферують тільки пари шляхів. Це виключно кострубата формулювання — вона звучить так, немов хтось з кимось не интерферирует. Насправді, ще раз повторюся, всі шляхи інтерферують один з одним, і ми це врахували в обчисленні! Правильна інтерпретація цього експерименту така — ми перевірили, що освітленість виражається квадратом, а не якийсь інший ступенем, поля. (Ви можете переконатися самостійно: якщо б освітленість виражалася б, наприклад, як куб поля, то у виразі для PABC виникло б нове доданок IABC, яке відсутнє при інтерференції на двох щілинах.)

    І ще пари здивованих зауважень про цінність цього експерименту. Автори позиціонують так: це, звичайно, простий експеримент, але чомусь ніхто не додумався провести його раніше, тому отриманий результат є новим. Я тут можу зауважити ось що: якщо б освітленість обчислювалася не за квадратичним законом, це давним давно б виявилося в купі інших — набагато більш чутливих! — експериментів. Причому не тільки з фотонами, але і з електронами й з іншими елементарними частинками. Тому особисто мені здається, що ця робота являла б інтерес як лабораторна робота для студента-оптика. Публікувати це в Science — смішно.

    Ну і нарешті, міркування про непрості взаємини між квантовою механікою і гравітацією, з яких починається стаття, наведені лише для красного слівця. До самої роботі вони не мають ніякого відношення.

    Апдейт: от до речі вже є приклад: «… Іншими словами, поширення хвиль у всіх трьох щілинах відразу не розглядається…», про що я і говорив.

    ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

    Please enter your comment!
    Please enter your name here