Новая квантовая интерпретация эксперимента с двумя щелями: объяснение интерференции без волновой природы света

В апреле 2025 года в рецензируемом журнале Physical Review Letters опубликованы результаты исследования, предлагающего новую модель для объяснения интерференционной картины в классическом эксперименте с двумя щелями. Группа ученых под руководством Селсо Ж. Вилласа-Боаса из Федерального университета Сан-Карлус (Бразилия) представила интерпретацию, которая использует исключительно фотоны в различных квантовых состояниях, исключая необходимость апелляции к волновой природе света.

Это теоретическое достижение предлагает корпускулярное объяснение явления, которое традиционно служило краеугольным камнем волновой теории света, впервые продемонстрированной Томасом Янгом в 1801 году. Суть предложенного анализа заключается в математическом различении «темных состояний» фотонов, которые не взаимодействуют с детектором и соответствуют темным полосам, и «ярких состояний», ответственных за светлые полосы. Согласно этой интерпретации, темные области интерференционной картины не являются пустыми, как в классической волновой модели, где интенсивность равна нулю из-за деструктивной интерференции; напротив, эти области содержат фотоны, находящиеся в недоступном для обычного обнаружения квантовом состоянии.

Виллас-Боас и его соавторы утверждают, что вся наблюдаемая картина может быть полностью выведена из рассмотрения только фотонов в дискретных квантовых состояниях, что подразумевает присутствие частиц даже в темных областях. Это переводит фокус с пространственного распространения волн на запутанные суперпозиции многомодовых фотонных состояний как источник наблюдаемой статистики. Исследование, в котором также участвовали сотрудники из ETH Zurich и Тюбингенского университета, представляет собой теоретическую перестройку существующих наблюдений.

Исторический контекст эксперимента с двумя щелями, впервые проведенного Томасом Янгом в 1801 году, дополняется новыми деталями. В то время как ранняя квантовая механика постулировала дуализм, новое исследование предлагает иной механизм возникновения интерференции. В то время как недавние эксперименты, например, проведенные физиками из Массачусетского технологического института (MIT) в 2025 году, подтверждали невозможность одновременного наблюдения волновой и корпускулярной природы света, работа Вилласа-Боаса фокусируется на переосмыслении самого механизма интерференции.

Концепция «темных состояний» представляет собой свежую теоретическую перестройку, предполагая, что тепловое излучение может обладать ненаблюдаемыми темными состояниями, что открывает потенциальные пути для будущей экспериментальной проверки. Таким образом, данная интерпретация бросает теоретический вызов устоявшимся взглядам, предлагая, что интерференция — это статистический паттерн, возникающий из взаимодействия между видимыми (яркими) и скрытыми (темными) квантовыми состояниями фотонов. Это углубляет понимание квантового поведения и может повлиять на разработку детекторов, способных манипулировать переходами между этими модами.