собой прибор, содержащий один или два светоделителя.
Рис. 4. Схема простейшего эксперимента
с интерферометром Маха – Цендера
Рассмотрим вначале самую простую схему эксперимента (см. рис. 4), в котором мы пока оставим всего один светоделитель СД (полупрозрачное зеркало). Отправим на него луч света. СД сделан так, что пропускает первую половину падающего на него излучения и отражает вторую. После этого каждый луч света отражается боковыми зеркалами (1) и (2), проходит систему фазовых задержек Ф1 или Ф2 и попадает на датчики (Д1 и Д2).
Когда единичный фотон поступает на вход СД, у него с точки зрения привычного для нас физического мира появляются всего три возможности:
1. Отразиться от светоделителя, т. е. пойти путем A и попасть на датчик Д1;
2. Пройти светоделитель насквозь, т. е. пойти путем В и попасть на датчик Д2;
3. Проявив свою волновую природу, расщепиться на светоделителе на две волны и идти к этим же датчикам сразу по двум путям. В этом случае при правильном подборе фаз мы получим на датчиках ярко выраженную интерференционную картину.
Что же показали проведенные опыты?8
Каждый раз ученые фиксировали следующий результат: у них всегда срабатывал только один из датчиков, что, казалось бы, неоспоримо свидетельствовало о том, что фотон шел только по одному из возможных путей, следовательно, проявлял свою корпускулярную природу. Никакой интерференционной картины зафиксировано не было.
Однако как только исследователь добавлял в схему эксперимента второй светоделитель СД2 (рис. 5), который, заметим, стирал информацию о том, по какому пути прошел фотон, интерференция сразу же появлялась. За счет чего достигалось стирание? За счет того, что и «верхний», и «нижний» фотон могли пройти сквозь СД2 прямо, а могли – отразиться от него. Поскольку вероятность обоих событий равнялась 50%, понять, какой фотон зарегистрирует любой из датчиков – Д1 или Д2, оказывалось невозможным. Принцип «запутывания» траектории фотона, при котором наблюдатель теряет возможность понять, по какому пути он пришел, и используют в экспериментах, которые называют «квантовым ластиком».
Чрезвычайно интересно, что при этом оказывалось неважным, когда в схему эксперимента вводилось второе полупрозрачное зеркало СД2. Это могло произойти даже после того, как фотон прошел СД1 и отразился от зеркал 1 и 2, т. е. когда он практически вплотную подошел к «области Х» (см. рис. 5).
Рис. 5. Схема эксперимента с интерферометром Маха – Цендера с двумя светоделителями
Известнейший физик (лауреат премий Эйнштейна, Энрико Ферми, обладатель медали Нильса Бора и т. д.) Дж. Уиллер писал об этом так: «В этом смысле мы имеем странную инверсию нормальной временной последовательности. Теперь, вводя или выводя зеркало (СД2 –
См. достаточно полное описание экспериментов по отложенному выбору в статье «Мысленные эксперименты с отложенным выбором и их реализации» К. Ма, Й. Кэри и А. Цайлингер (Австрия, Германия). Перевод статьи, выполненный М. Шульманом, на момент публикации этой книги был доступен по адресу: http://www.timeorigin21.narod.ru/rus_translation/1407_2930_Zeilinger.pdf.
