Эксперименты описанные далее показывают, что интерференция это явление связанное исключительно с взаимодействием между собой частиц материи и частиц вещества, а вовсе не являются проявлением “волновой” или некой “дуалистической” природы микромира. Для людей, верящих в интерференцию и дифракцию именно волн, необходимо пояснить: никаких волн в жидкостях, газах, твёрдых веществах и плазме нет! То, что описывается как волны, есть картина взаимодействия между собой именно частиц вещества, составляющих эти тела. Движущиеся частицы вещества взаимодействуют с частицами вещества разных объектов (линз, призм, щелей), обмениваются с ними энергией и получается картина нового распределения энергий движущихся частиц вещества. Описание этой картины как волновой, это из области восприятия мира писателями и художниками, а не настоящими физиками.
Сергей Сергеев, sergeev50@list.ru
**********
В 1999 году группой Антона Цайлингера работавшей в Венском университете была обнаружена дифракционная картина потока молекул фуллерена, а в 2003 году ещё дифракционная картина потока фторфуллерена и тетрафенилпорфирина. Для получения дифракционной картины, в экспериментах группы Антона Цайлингера использовался интерферометр, состоящий из трех одинаковых золотых решеток с периодом 991 нм расположенных последовательно, одна за другой. В экспериментах отслеживались траектории молекул с целью определить щель, через которую они проходили.
Молекулы фуллеренов, являются замкнутыми многогранниками, составленными из 60, 70, 78, 84 или 90 атомов углерода. Фуллерены могут быть видны в микроскоп, радиус их шарика-молекулы около 1 нанометра, то есть одна миллиардная часть метра, 10(-9) метра. Масса от 10(-24) до 1,8*10(-24) кг.
Авторы исследования для объяснения интерференции и дифракции фуллеренов полагали, что фуллерены двигавшиеся со скоростью около 1000 м в секунду интерферировали как волны по де Бройлю. У фуллеренов двигавшиеся со скоростью более 1000 м в секунду интерференция не выявлялась. Но, так, как фуллерены это макрообъекты, они явно всегда оставались материальными телами, никогда не становясь волнами. Длина волны де Бройля для фуллеренов C70 использовавшихся в экспериментах группы Антона Цайлингера, вычисленная по формуле L=h/(mv), получается 5*10(-13), это 1/500 их радиуса. Эта длина волны находится дальше области самого жесткого гамма-излучения. Реально ли превращение в такой волновой процесс макрообъекта такой массы и размера как фуллерены. А если из фуллеренов сделать пулю и выстрелить её из пистолета как раз со скоростью 1 км/сек, что, вместо пули будет лететь кучка волн? А если разогнать их до первой космической скорости, какая длинна волны у них будет? А то, что они вместе с Землей участвуют в её движении в космосе со скоростями 30 км/сек по её орбите и 300 км/сек в Галактике, форму какой волны это им придает?
Возможно, колебания размеров сферы фуллерена на тысячную часть их диаметра, за счет периодического изменения расстояний между составляющими их атомами углерода так определяет процесс столкновений данных микрочастиц в движущемся потоке, что это даёт их дифракцию и интерференцию.
Та же группа Цайлингера из Венского университета провела эксперимент с дифракцией и интерференцией двух видов тяжёлых (до 114 атомов) молекул фталоцианина и его производных, весящих до 1298 атомных единиц массы.
Как и в опыте с фуллеренами, главной целью было проявление квантовой природы молекул. Но во главу угла была поставлена наглядность.
Фталоцианин и его вариации использовались именно потому, что это – флуоресцентные красители, единичные молекулы которых можно эффективно снимать на видео при помощи микроскопа с камерой, попутно определяя их положение с точностью 10 нм.
Основные части опытной установки. Пояснения в тексте (иллюстрация University of Vienna, Thomas Juffmann et al./Nature Nanotechnology).
Пучок летящих друг за другом молекул в вакуумированной трубе создавался при помощи испарения с поверхности стекла (W1 на рисунке вверху) очень тонкого слоя красителя, “нежно” нагреваемого слабым (50 мВт) лазерным лучом с длиной волны 445 нм (синий цвет).
Оригинальная техника измерения площади красителя на стекле позволила убедиться, что с поверхности образца вылетали друг за другом именно единичные молекулы, а не их конгломераты. Далее они пролетали сквозь коллиматорную щель (S), а вслед за ней – дифракционную решётку (G) из нитрида кремния. Её толщина составила всего 10 нм, шаг решётки – 100 нм, ширина разрезов – 50 нм.
Эта решётка была создана специально для данного опыта в университете Тель-Авива (Tel Aviv University). Её малая толщина позволила свести к минимуму вредное влияние сил Ван-дер-Ваальса, возникающих между молекулами решётки и пролетающими сквозь щели молекулами красителя. А такое взаимодействие могло исказить интерференционную картину.
Силы Ван-дер-Ваальса
После решётки молекулы попадали на поверхность второго (финишного) кварцевого окна (W2), где их возбуждал другой лазер (661 нм, красный), направляемый на пластину под углом так, чтобы не засвечивать камеру.
Флуоресценция фталоцианина снималась через объектив микроскопа и фильтр при помощи светочувствительной матрицы с электронным умножением (EMCCD), способной ловить единичные фотоны.
Благодаря дифракции на ультратонкой решётке случайно прибывающие на финиш массивные частицы великолепно проявляли свою волновую сторону.
Новая установка фиксировала почти 100% частиц, выпущенных на старте и прошедших через решётку, рассказывают учёные. Были получены кривые, описывающие картину интерференции этих частиц как волн. По ним можно было вычислить немало параметров самих молекул.
При этом распределение молекул по вертикали (вдоль направления щелей решётки и действия силы притяжения Земли) показало распределение их по скоростям.
фото University of Vienna, Thomas Juffmann et al./Nature Nanotechnology
Детали опыта можно найти в статье в Nature Nanotechnology.
Цайлингер верит в “квантово-волновой дуализм”. Неудивительно. Специалист подобен флюсу: полнота его односторонняя. 101-й афоризм из собрания мыслей и афоризмов «Плоды раздумья» (1854) Козьмы Пруткова.
То, что “квантово-волновой дуализм” фикция, показывает отсутствие так называемого “предела Грайзена-Зацепина-Кузьмина” для энергий космических лучей или UHECRs (Ultra High Energy Cosmic Rays), представляющих собой протоны. Этот “предел” был вычислен в 1966 Вадимом Кузьминым и Георгием Зацепиным, и, независимо Кеннетом Грайзеном. Авторы идеи о наличии такого предела исходили из теории Луи Де Бройля о квантово-волновом дуализме всех частиц. Добросовестно вычислив «длины волн» протонов разных скоростей, то есть и разных энергий, авторы идеи, твердо уверенные в волновом характере фонового излучения межгалактического пространства, пришли к выводу, что «волновые процессы» представленные UHECRs и фоновым излучением, безусловно, должны взаимодействовать так, что частицы с энергией выше 6×1019 эВ будут сбрасывать энергию, пока их энергия не упадёт ниже указанного порога. Была вычислена средняя дистанция гашения энергии частиц — 50 МПс, а так как в этих пределах нет никаких источников космических лучей таких высоких энергий, подобные частицы наблюдаться не должны.
Наблюдения, проведённые во время эксперимента AGASA, показали, что Земли достигают UHECRs, энергия которых на несколько порядков превышает вычисленный предел. Была накоплена статистика прихода к Земле космических частиц сверхвысоких энергий и выяснилось, что их потоки изотропны. Так как они практически не отклоняются в галактических и межгалактических магнитных полях, они не могут происходить из нашей или ближайших галактик – тогда бы это отразилось на их угловом распределении.
В правильности теорий, запрещающих существовании таких частиц, не усомнился никто, а вот существование таких частиц было признано парадоксом.
Вместо того чтобы признать ложность идеи квантово-волнового дуализма и принять факт, что протоны высоких энергий выброшенные при неких взрывных процессах п далеких галактиках без особого сопротивления среды межгалактического пространства достигают Земли, было предложено множество измышлений. Например: что частиц такой энергии вообще нет; что это не протоны, а атомные ядра; что это нейтрино; что источники этих частиц находятся ближе 50 МПс (хотя такие источники обнаружены не были); попытались скорректировать даже такую «священную корову» как специальная теория относительности, которую предложили трансформировать в «дважды специальную теорию относительности», хотя позже выяснилось, что из неё также следует аналогичный парадокс; не обошли и «тёмную материю», объявив, что она источник космических лучей, или вообще космические лучи и есть частицы тёмной материи.
Обсерваторией Telescope Array обнаружено «горячее пятно» на карте космических лучей ультравысоких энергий. Источник на выявлен, но он далеко за пределами расстояния позволяеммого теорией ГЗК.
В 1929 и 1937 годах три физика – де Бройль, Девиссон и Томпсон получили Нобелевские премии за открытие у материальных частиц интерференции. Сначала – у электронов, потом – у отдельных атомов.
Современные физики пошли дальше: они сумели продемонстрировать интерференцию объектов куда больших, чем электрон и даже атом.
В 2003 году появилось сообщение о прямом наблюдении интерференции у двухнанометровых молекул фуллеренов (шарообразных молекул углерода С60).
А сейчас Ив Куде и Эммануэль Форт из Университета Парижа 7 (University of Paris 7) сообщили о наблюдении интерференции для капельки силиконового масла диаметром в 1 миллиметр, что в 10 миллионов раз больше атома.
В опыте Куде и Форту удалось получить интерференционную картину от пропускания капелек по отдельности. Получалось впечатление, что каждая капля проходила одновременно через обе щели и интерферировала сама с собой, чего, конечно не было!
.jpg)
Экспериментальная установка в лаборатории Hitachi для “экспериментов с двумя щелями” для электронов представлена на фиг. 1.
Электроны испускаются по одному из источников в электронный микроскоп. Они проходят через устройство под названием “электронная бипризма”, которая состоит из двух параллельных пластин и тонкой нити в центре. Нить тоньше, чем 1 мкм (1/1000 мм) в диаметре. Электроны, пройдя по обе стороны нити, обнаруживаются в качестве частиц на детекторе. Этот детектор был специально модифицирован для электронов из фотонного детектора, произведенного Хамамацу Фотоникс “.
Фиг. 1 двойной щелевой эксперимент с одиночными электронами
Наблюдаем эксперимент на мониторе.
В начале эксперимента, мы видим, что яркие пятна начинают появляться тут и там в произвольном положении. Электроны детектируются по одному как частицы. Эти электроны были ускорены 50000 V, и, следовательно, скорость их составляет около 40 % от скорости света, т. е., 120 000 км/секунду. Они проходят через метровый электронный микроскоп в 1/100 000 000 секунды.
Интерференционные полосы производятся когда два электрона проходят по обе стороны электронной бипризмы одновременно.
Но в нашем эксперименте нет более одного электрона попадающего в микроскоп одновременно, поскольку только 10 электронов испускаются в секунду.
Когда большое количество электронов накапливается, что-то вроде регулярных полос начинают появляться в перпендикулярном направлении. Четкие интерференционные полосы можно увидеть в последней сцене эксперимента через 20 минут.
Мы достигли как бы непонятого результата. Хотя электроны были отправлены по одному, интерференционные полосы появились.
Akira Tonomura, доказывая наличие интерференции единичных электронов со своими собственными «виртуальными фантомами» и прохождение «виртуальных электронов» через обе щели одновременно, в соответствии с теорией Де Бройля и «принципом неопределённости» Гейзенберга, не учёл то, что в отличие от траекторий движения фотонов, которые, безусловно, имеются, но в эксперименте с единичными фотонами их выявить невозможно, траектории электронов в эксперименте с двумя щелями выявить достаточно просто. Надо только установку Тономуры поместить в камеру Вильсона или пузырьковую камеру.
При одновременном выявлении и траекторий электронов или фотонов проходящих через конкретные щели, и наличие их интерференции становится понятным, что интерференция единичных электронов или фотонов происходит не в форме несуществующих «витуальных частиц», а в процессе взаимодействия единичных частиц с атомами щели. Частицы отражаются под разными углами от атомов края щели, что создаёт как бы несколько ложных источников, а не единственный точечный источник. Поэтому рисунок щели проецируется в разных местах экрана.
Профессор Демьянов В.В. (Новороссийск: НГМА) в своих экспериментах по прохождению электронов через одну и две щели показал, что
нагревание щелей размывает и уширяет картину рассеяния электронов, но практически не влияет на фотоны. Смещение одной стороны щели вдоль направления потока электронов на полдлины волны практически не влияет на картину рассеяния электронов, в то время как интерференционная картина фотонов в аналогичном случае изменяется от “позитивной” на негативную.
Согласно представлениям о фотонах как о волнах, свет не может пройти через отверстие размера, меньшего длины его волны. В 1998 году году группой французских ученых под руководством T.Ebbeser обнаружена способность света с определенной длиной волны проходить сквозь покрытую отверстиями меньшими чем эта длина волны металлическую пластину. Ссылка
Правда профессор тут же, ad hoc, придумал сказку как это получается по его представлению, но реально частицы фотоны просто прошли через отверстия, потому, что эти частицы меньше этих отверстий. А что какие-то процессы в этих частицах совершают полный цикл за период равный длине волны к размерам этих частиц отношения не имеет…
В 2007 году Сян Чжан (Xiang Zhang) и его коллеги из университета Калифорнии в Беркли (University of California, Berkeley) получили несколько оптических изображений объектов нанометрового масштаба с разрешением, значительно превышающим теоретически определённый предел дифракции.
Чжан сотоварищи построили гиперлинзу. Так они назвали оптический прибор, позволивший обойти дифракционный барьер. Кстати, в данном опыте он был равен, по словам авторов работы, 260 нанометрам, однако физики получили превосходные снимки пары параллельных проводков, толщиной 35 нанометров каждый, разделённых 150 нанометрами (и провода выглядели раздельными), а ещё – изображения букв O и N, составленных из таких же проводков.
Гиперлинза состоит из большого количества очень тонких (меньше длины волны) чередующихся слоёв оксидов серебра и алюминия, помещённых во впадине половинки цилиндра, вырезанного из кварца. Когда объект освещён, его так называемые эванесцентные волны проходят через линзу.
“Эванесцентные волны” это абстракция теоретиков волновой природы фотонов. Реально это фотоны нарушающие законы полного внутреннего отражения при прохождении через границу двух сред с разным коэффициентом преломления при определённом угле падения. Когда по математическим законам геометрической оптики – фотоны должны возвращаться строго назад назад, в реальности часть из них разлетаются по всем направлениям.
Количество таких фотонов нарушителей законов геометрической оптики убывает по экспоненте и они полностью исчезают на расстоянии порядка длины волны (если считать от этой самой преодолённой границы раздела сред). Потому получать при помощи эванесцентных волн изображения – крайне трудно.
Но по мере продвижения таких фотонов через изогнутые слои гиперлинзы, они собираются в фокусе. Сразу за гиперлинзой изображение захватывает линза обычная и проецирует на плоскость, удалённую на расстояние в один метр.
Pingback: Осцилляции души, нейтрино, гравитонов и прочих проявлениях бреда у физиков-теоретиков — Вокруг Света
Pingback: «Парадоксы» гравитации. — Вокруг Света
Pingback: История споров о фотонах. — Вокруг Света
Pingback: «Частицы пространственно-временного континуума». | Вокруг Света
Pingback: Внутренние противоречия теории «расширяющейся с ускорением вселенной». | Вокруг Света