# Дерек Мюллер: «Почему одиночные фотоны ведут себя как волны?»

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=GzbKb59my3U
Канал: Veritasium
Опубликовано: 13.03.2013

---

## Квантовая загадка: Как одиночные фотоны создают интерференционную картину
[[JUMP:0:00]]

История изучения природы света прошла долгий путь от соперничества теорий о «волнах» и «частицах» до осознания парадоксальной реальности квантовой механики. В классическом эксперименте Юнга свет, проходя через две щели, создает интерференционную картину, напоминающую поведение волн на воде. Однако на фундаментальном уровне свет проявляет свойства как волны, так и частицы, что ставит перед физиками вопрос: что происходит, если через систему проходит всего один фотон? Дерек Мюллер, ведущий канала Veritasium, с помощью специального оборудования демонстрирует, как даже при стрельбе одиночными фотонами, которые не могут «взаимодействовать» друг с другом в обычном понимании, на детекторе со временем проявляется привычная картина интерференции.

### Природа интерференции: от волн к квантам
[[JUMP:0:27]]

Для понимания явления интерференции важно рассмотреть движение светового потока через две узкие щели. Когда свет проходит через этот барьер, возникают две новые вторичные волны, которые начинают взаимодействовать друг с другом.

* **Конструктивная интерференция:** Если гребень одной волны совпадает с гребнем другой, амплитуда суммарной волны увеличивается, создавая яркое пятно.
* **Деструктивная интерференция:** Если гребень одной волны встречается с впадиной другой, они взаимно уничтожаются, образуя темную полосу.

Традиционно этот процесс объясняется волновой природой света. Однако в начале XX века стало ясно, что на микроскопическом уровне энергия света распределяется не непрерывно, а «порциями» — квантами, которые мы называем фотонами.

### Эксперимент с одиночными фотонами
[[JUMP:1:58]]

Чтобы проверить, сохраняется ли интерференция для отдельных частиц, Дерек Мюллер собрал установку с очень слабым источником света и высокочувствительным детектором — фотоэлектронным умножителем. Основная сложность эксперимента заключалась в необходимости исключить любые помехи, включая фоновый свет и даже космические лучи, которые могут активировать детектор.

Результаты оказались поразительными:

1.  В первые моменты времени регистрация отдельных фотонов кажется случайной, и никакой закономерности на детекторе не наблюдается.
2.  Однако по мере накопления данных, когда мы суммируем результаты попаданий множества одиночных фотонов, на экране отчетливо проявляется та самая интерференционная картина.

### Квантовый парадокс или новая реальность?
[[JUMP:3:42]]

Как одиночный фотон может «проходить через обе щели» одновременно? Дерек Мюллер отмечает, что попытка интерпретировать квантовые объекты через призму повседневного макромира неизбежно приводит к абсурду. Фотоны не являются ни «чистыми» волнами, ни «чистыми» частицами в классическом понимании — это квантовые объекты, обладающие свойствами обоих состояний в зависимости от того, как мы их наблюдаем.

В завершение Дерек Мюллер обращается к вопросам зрителей касательно предыдущих экспериментов Veritasium, где на экране вместо четких линий наблюдались «пятна» (blobs). Он объясняет, что в том конкретном случае это было не следствием принципа неопределенности Гейзенберга, а прямым изображением самого Солнца. Свет, проходя через щели, претерпевал дифракцию и проецировался на поверхность детектора, а наложение этих дифракционных максимумов при условии разности фаз создавало видимые отдельные изображения источника.