Фотоны-сёрферы: как волна ведёт частицу ✛

Оригинал: "Directly observing relativistic Bohmian mechanics"
arXiv:2509.11609 · 2025-09-15 · CC BY 4.0 · 1 мин
Эксперимент с одиночными фотонами показал скрытые траектории, предсказанные теорией волны-пилота.

Фотон можно сравнить с сёрфером, а воду — с направляющей волной. Такую картину предложили Луи де Бройль и Дэвид Бом: частица всегда имеет точное положение, а волна задаёт её траекторию. В отличие от стандартного подхода, где царит вероятность, здесь движение предопределено нелокальными связями. В двухщелевом опыте одиночные фотоны, движущиеся со скоростью света, проходят через одну щель, но их путь направляет волна, проходящая через обе. С помощью сверхточных измерений, не разрушающих квантовое состояние, физики восстановили эти траектории. В тёмных полосах, где волны гасят друг друга, фотон вёл себя необычно: его масса становилась мнимой — как у гипотетического тахиона, способного обгонять свет. Этот эффект подтверждает, что механика Бома согласуется с теорией относительности: энергия сохраняется, но число частиц — нет. Получается, в зонах интерференции сёрфер-фотон на мгновение превращается в сверхсветового спринтера, бросая вызов привычным представлениям и даже стандартной модели.

Де Бройль предложил идею волны-пилота в 1924 году, но после критики на Сольвеевском конгрессе почти отказался от неё. Бом возродил теорию в 1950-х, добавив нелокальность, и сегодня она получает экспериментальное подтверждение.

Тахионы часто появляются в научной фантастике — например, в сериале «Звёздный путь» их используют для связи быстрее света. Теперь выясняется, что нечто подобное может происходить с реальными фотонами в определённых условиях.

v(x,z) = \frac{\langle \hat{k}_w \rangle(x,z)}{\langle \hat{H}_w \rangle(x,z)}
Скорость в точке определяется отношением слабых значений импульса и энергии
\bar{m}^2_{\text{eff}} = \langle \hat{H}_w \rangle^2 - \langle \hat{k}_w \rangle^2
Квадрат массы может быть отрицательным, что указывает на тахионное поведение
Учёные
Christian DopplerD. B. McLaughlinDidier QuelozMichel MayorR. A. RossiterNiels Bohr
Понятия
эффект Ааронова — Бома теорема Лиувилля пропорциональность уравнение Клейна — Гордона формула де Бройля броуновское движение относительность гравитационная теория теория квантовых измерений наблюдение эффект Хонга — У — Мандела теорема Пойнтинга нарушение лоренц-инвариантности закон сохранения импульса гравитационная память ньютоновская гравитация проблема измерения уравнение Планка — Эйнштейна бозон гамильтонова механика