Результат секретного эксперимента шокировал физиков: фотон оказался там, где его быть не должно

В мае 2025 года научное сообщество потрясло заявление группы физиков под руководством Хольгера Хофманна из Университета Хиросимы. Проведя модифицированную версию знаменитого эксперимента с двумя щелями, они утверждали: им удалось измерить один-единственный фотон сразу в двух местах. Этот результат, если он верен, подрывает основы классической физики и ставит под вопрос саму природу реальности.

Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)

Квантовый фотон и атом

Новая трактовка фотона вызвала бурю споров

Учёные заявили, что их работа предоставляет прямые доказательства "делокализации" фотона — его принципиальной невозможности находиться в одной конкретной точке. Более того, авторы смело заявили, что их эксперимент опровергает популярную "многомировую" интерпретацию квантовой механики, предполагающую существование параллельных вселенных.

Однако многие авторитетные физики встретили эту работу скептически. Споры разгорелись не столько вокруг технической стороны эксперимента, сколько вокруг интерпретации его результатов. Одни увидели в этом прорыв, другие — фундаментальную методологическую ошибку.

"Думаю, что с помощью этого нельзя делать выводы об одном фотоне", — заявил New Scientist Эндрю Джордан из Университета Чепмена в Калифорнии.

Таким образом, интригующее открытие мгновенно превратилось в эпицентр научной бури, где столкнулись разные взгляды на то, что такое квантовая механика и что мы вообще можем знать о мире элементарных частиц.

Эксперимент с двумя щелями: от Юнга до наших дней

Чтобы понять суть спора, необходимо вернуться к истокам. Классический эксперимент с двумя щелями был впервые проведён Томасом Юнгом ещё в 1801 году. Его суть проста: поток света проходит через две близко расположенные узкие щели, а на экране позади них возникает не просто два пятна, а целая интерференционная картина — серия чередующихся светлых и тёмных полос.

Эта картина однозначно свидетельствует о волновой природе света: подобно волнам на воде, световые волны из двух щелей накладываются друг на друга, гасятся в одних местах и усиливаясь в других.

Парадоксальность ситуации проявилась, когда технология позволила пропускать через щели не поток света, а отдельные фотоны, с большими временными интервалами. Казалось бы, каждый фотон должен пройти через одну конкретную щель и оставить на экране одну точку. Но нет.

По мере накопления таких точек на экране постепенно проступала та самая интерференционная картина. Получалось, что отдельный фотон каким-то образом "чувствовал" обе щели одновременно, ведя себя не как частица, а как волна. Этот феномен лёг в основу одного из самых загадочных понятий в физике — волновой функции.

Волновая функция: призрак в машине реальности

Волновая функция — это математическое описание, которое содержит информацию обо всех возможных состояниях квантовой частицы (например, фотона) до момента измерения. Она описывает не то, где частица находится "на самом деле", а вероятности обнаружить её в том или ином месте.

Пока никто не смотрит, частица существует в состоянии суперпозиции — словно бы сразу во всех возможных состояниях одновременно. В эксперименте с двумя щелями это означает, что фотон проходит не через левую и не через правую щель, а через обе сразу.

Акт измерения — например, попытка определить, через какую именно щель пролетел фотон, — разрушает эту суперпозицию. Волновая функция "коллапсирует", и частица проявляется в одном-единственном состоянии. Именно этот момент "коллапса" и является главной точкой преткновения для интерпретаций. Что происходит в момент измерения? Куда деваются все остальные возможности?

Квантовая реальность без параллельных миров

Один из самых радикальных ответов на этот вопрос предлагает многомировую интерпретацию, предложенная Хью Эвереттом в 1957 году. Согласно ей, коллапса волновой функции не происходит вовсе. Вместо этого при каждом квантовом событии, имеющем несколько исходов, Вселенная "расщепляется".

В одной вселенной фотон регистрируется прошедшим через левую щель, в другой — через правую. Интерференционная картина возникает потому, что фотоны из этих параллельных, но недоступных нам вселенных каким-то образом взаимодействуют друг с другом.

Многомировая интерпретация изящно решает проблему коллапса, но заставляет признать существование бесчисленного множества параллельных реальностей. Для многих физиков это слишком высокая цена.

Работа Хофманна была направлена именно против этой концепции. Учёные утверждали, что их метод измерений позволяет напрямую показать: единый фотон в рамках нашей единственной вселенной одновременно присутствует у обеих щелей.

По их мнению, это доказывает, что волновая функция — не просто абстрактная математика, а описание реального, хоть и странного, поведения частицы.

Природа спора: что на самом деле измерили ученые?

Критики эксперимента Хофманна указывают на ключевую, по их мнению, проблему: методология. Команда использовала технику повторных статистических измерений на множестве идентичных фотонов, чтобы сделать вывод о свойствах одного-единственного фотона.

Многие физики считают такой подход некорректным. Они настаивают, что квантовая механика по своей сути является вероятностной теорией, и её предсказания имеют смысл только для большого ансамбля частиц.

Делать же выводы о "реальном" состоянии одного фотона на основе статистики — значит впадать в заблуждение.

Хольгер Хофманн, в свою очередь, парирует эти обвинения. Он признаёт, что их подход был частично новым и потому вызвал сопротивление.

"Мы наступаем на пятки нескольким людям", — говорит учёный.

По его словам, их работа бросает вызов глубоко укоренившемуся предположению, что математический формализм квантовой теории прямо отражает устройство реального мира.

"Многомировая интерпретация — это просто наиболее радикальное проявление такого предположения", — отмечает Хофманн.

Вместо этого, по его словам, эксперимент показывает, что "математическая волновая функция нереальна, а единственная реальность — это то, что можно измерить".

"Из-за суперпозиции кажется, что состояние описывается такими гипотетическими результатами измерений, но фактические экспериментальные данные противоречат подобным интерпретациям", — поясняет он.

Научная драма: скепсис, сопротивление и путь вперед

История с экспериментом Хофманна — это классический пример научной драмы. Учёные столкнулись с трудностями при публикации статьи в рецензируемом журнале, что часто случается с работами, бросающими вызов устоявшимся парадигмам.

Однако их пригласили представить свои результаты в других исследовательских группах, что говорит о живом интересе к этой теме. Сам Хофманн относится к скепсису философски.

"Я вполне ожидал сопротивления. На самом деле, вряд ли стоило бы браться за эту работу, если бы она была простой. Нужно изменить мышление, а это требует много времени", — подытожил физик.

Исход этой дискуссии пока неясен. Одна часть научного сообщества ждёт независимого повторения эксперимента, другая — более строгого теоретического обоснования. Но сам факт её возникновения свидетельствует о том, что даже спустя столетие после создания квантовой механики самые фундаментальные вопросы о природе реальности остаются открытыми.

Эксперимент с двумя щелями, начатый как демонстрация волновой природы света, продолжает быть главной сценой, на которой разыгрываются драмы о связи наблюдателя и наблюдаемого, вероятности и реальности, математики и бытия.