Что является самым странным , самым загадочным аспектом этой удивительной вселенной ?

Недостатка в кандидатах нет, но один действительно выделяется. Это кажется сбивающим с толку,
хотя сейчас это общепринято среди физиков. Его исследование требует
быстрого взгляда в интригующую область, окружающую скорость света, которая
до недавнего времени казалась абсолютным пределом скорости Вселенной.

В 1905 году Эйнштейн придал значение дикому наблюдению, сделанному в предыдущие
несколько десятилетий Хендриком Лоренцем, Джорджем Фитцджеральдом и другими. Все они
поняли, что свет движется с постоянной скоростью, и поняли
, насколько это замечательно. Это означает, что фотоны от фар
быстро приближающегося автомобиля поражают вас со скоростью света 186 282,4 мили
в секунду, такой же, как если бы автомобиль не двигался. Или подумайте: орбита Земли
двигает нас к звезде Денеб в июне, но мы удаляемся от нее в
декабре, но ее свет действует так, как будто мы неподвижны и навсегда поражает нас в одно и то же время

Скорость. Представьте, что ветер действовал бы как такой постоянный и ощущался бы как неизменный
легкий ветерок, независимо от того, стояли ли вы неподвижно или держали руку за пределами
быстро движущейся машины или самолета. Так что с самого начала свет начинает казаться странным
и уникальным.

Конечно, как мы уже видели, существовал также небольшой вопрос о том,
что же такое свет. В предыдущей главе мы видели, что физика в конечном счете обнаружила, что это может быть
волна или частица, в зависимости от наблюдателя и экспериментального метода.
Позже, в нынешней Стандартной модели Того, как все работает, фотон стал
рассматриваться как частица, несущая силу, подобно дворецкому, передающая электромагнитную
силу из одного места в другое.

Так что же такое свет? Это простой вопрос, но ответ
немного туманен, потому что частицы света (фотоны) действуют по - разному в зависимости от того, как
мы их обнаруживаем и анализируем. При столкновении с объектом фотон действует как
частица, что - то вроде крошечной пули, которая обладает энергией, но на самом деле ничего не весит
(предполагая, что вы могли бы остановить ее и взвесить, чего вы не можете). Его сила
зависит от его цвета. Фиолетовые фотоны более энергичны, чем красные.

Если фотон ударится о кусочек металла, он может выбить свободные электроны, как если бы это была
пуля, и таким способом, которого может достичь только частица. Но пока он весело путешествует
между пунктами назначения, вероятно, лучше визуализировать его как волну энергии.
На самом деле, две волны. Каждый бит света представляет собой магнитный “ импульс ” или “ поле ” энергии
, интенсивность которого колеблется в зависимости от включения и выключения. Движущаяся к нему под прямым
углом другая волна или поле — электрическое поле. Обе волны - это то, что составляет
один фотон. Каждое поле создает следующее, поэтому вся эта двухволновая сущность
называется электромагнитной волной. Он приближается со своей знаменитой неизменной
скоростью, достаточно быстро, чтобы облететь вокруг Земли более восьми полных оборотов за одну
секунду.

Недавно исследователи попали в заголовки газет, резко замедлив свет. Мы
всегда знали, что свет автоматически замедляется при прохождении через воздух, воду или
другие плотные среды. Солнечный свет, проходящий через ваше оконное стекло, замедляется
примерно до 120 000 миль в секунду, а затем мгновенно ускоряется снова, как только
он проходит. В действительно плотных, но полупрозрачных материалах при определенных условиях
свет может быть практически остановлен. Фотоны недавно замедлились до 38

миль в час. Представьте себе — свет, который даже не получил бы билет на автостраду!

Вне вакуума мы можем пропускать частицы через вещества там, где они
легко превышают скорость света в этих веществах. В качестве примера в природе
электроны, возбуждаемые мощными магнитными полями вблизи некоторых массивных звезд (т. Е.
синхротронный процесс), могут быть брошены через туманность быстрее, чем скорость
света в этой среде. Это создает красивую синюю ударную волну, называемую излучением Черенкова
, когда частица преодолевает “ световой барьер ”. Свет странный, но к нему можно
привыкнуть.

Несмотря на все это, суверенитет света в вакууме никогда не подвергался серьезному
сомнению. До сих пор. Вернемся в наш странный мир квантовой механики. Это
царство, которое превращает приключения Алисы в сравнительно спокойную прогулку по парку, является
Страной чудес, где мы видели, что частицы могут одновременно существовать и не
существовать, только чтобы воплотиться в реальность, как только кто - то посмотрит.

Идея своего рода неразрывности в том, что касается пространства и времени
, была рассмотрена Джоном Беллом в 1960- х годах. Его идея заключалась в том, что частицы — будь то
материя или свет, это не имеет значения — на самом деле не
существуют независимо друг от друга, кроме как как своего рода вероятностная сущность. (Не можете себе этого представить? Ты не
одинок.) Акт наблюдения приводит к тому, что эта простая вероятностная волновая функция
“ коллапсирует ”, и объект внезапно материализуется как реальная сущность в реальном
месте. Короче говоря, классическая идея о том, что ядро атома вращается вокруг одного или
нескольких электронов, каждый из которых в каждый момент времени независимо существует в
реальном месте и с реальным движением, должна быть отброшена. Вместо этого мы должны думать
о них как о существующих в своего рода размытом состоянии, называемом суперпозицией, где практически
все, что может произойти, существует на каком - то уровне, готовое материализоваться. В тот
момент, когда проводится эксперимент или наблюдение, электрон покидает это
вероятностное существование и появляется в физической реальности.

При запутывании две частицы рождаются вместе, например, когда свет проникает
в определенные кристаллы, такие как борат бета - бария. Внутри кристалла энергичный
фиолетовый фотон от лазера преобразуется в два красных фотона, каждый из которых имеет половину
энергии (вдвое большую длину волны) оригинала, поэтому нет чистой прибыли или потери
энергии. Оттуда выскакивают два фотона, которые разлетаются в разные стороны, но которые
тайно разделяют волновую функцию. Если один из них наблюдается, его волновая функция и функция