Теорема 350-летней давности может объяснить квантовые свойства света
Свет может вести себя и как волна, и как частица, и это головная боль, которая сбивала с толку ученых на протяжении столетий, прежде чем этот факт стал очевидным. Эта двойственность является краеугольным камнем квантовой механики, и своеобразное поведение квантового мира по большей части оставило позади теоремы классической механики в сфере вещей нашего собственного размера. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Research.
Исследовательская группа теперь использовала классическую механику, чтобы объяснить два конкретных свойства света: поляризацию и запутанность. Во-первых, это способность световых волн иметь ориентацию – факт, который используется в солнцезащитных очках для фильтрации некоторого количества света. Второе — это способность запутанных фотонов образовывать квантовую систему, части которой остаются связанными, даже если их разделяют огромные расстояния. Изменения в одном означали бы мгновенные изменения в другом.
Это совсем не похоже на классическую механику, но команда задумалась, может ли существовать аналог поведения поляризации в теореме Гюйгенса-Штайнера. Эта 350-летняя теорема о том, как твердое тело вращается относительно оси, которая не проходит через его центр масс, и она полезна как в технических приложениях, так и при изучении небесных объектов.
«Это общепризнанная механическая теорема, которая объясняет работу физических систем, таких как часы или протезы конечностей», — заявил в своем заявлении ведущий автор Сяофэн Цянь из Технологического института Стивенса. «Но мы смогли показать, что это также может дать новое понимание того, как работает свет».
Исследователи использовали интенсивность света как аналог массы физического объекта, а остальные свойства удалось отобразить, следуя структуре теоремы, хотя свет не является классическим телом.
«По сути, мы нашли способ преобразовать оптическую систему, чтобы мы могли визуализировать ее как механическую систему, а затем описать ее с помощью хорошо зарекомендовавших себя физических уравнений», — объяснил Цянь. «Это было то, что раньше не было показано, но это становится очень ясным, как только вы нанесете свойства света на механическую систему. То, что когда-то было абстрактным, становится конкретным: используя механические уравнения, вы можете буквально измерить расстояние между «центром масс» и другие механические моменты, чтобы показать, как различные свойства света связаны друг с другом».
Причина, по которой существуют эти взаимосвязи и почему картирование работает так хорошо, в настоящее время не ясна. Понимание этой связи может иметь важные последствия для нашего понимания квантовых свойств, а также того, как мы используем их в приложениях.
