RASTKO VUKOVIĆ: Novi začini u nauci o fotonima

Svetlost je treperenje vakuuma. Broj titraja u sekundi, frekvencije f od 400 do 790 teraherca, čini informaciju o boji svetlosti: od crvene, preko žute, zelene, plave do ljubičaste.

Energija svetlosti E=hf, pa prema tome i boja, zavise samo od broja oscilacija. Plankova univerzalna konstanta h je i najmanje fizičko dejstvo.

Frekvencije izvan datog (svetlosnog) opsega pripadaju ostalim fotonima, najmanjim česticama-talasima elektromagnetnog zračenja. Dejstvo, proizvod energije E i trajanja t, ekvivalent je informaciji, a opcije koje bi foton mogao imati možemo svesti na neki srednji broj N jednako verovatnih ishoda, tako da je je logaritam tog broja (ln N = kEt, sa konstantom k) upravo informacija fotona.

Broj N, numerus logaritma, tada je eksponencijalna funkcija dejstva, N = exp(kEt). Njegova recipročna vrednost je verovatnoća jednog od ravnopravnih ishoda, P = exp(-kEt), pa ako konstanta k pripada skupu kompleksnih brojeva, ove verovatnoće primaju poznati oblik talasne funkcije i, štaviše, rešenje su Šredingerove jednačine za slobodnu česticu uopšte.

U ovom popularnom objašnjenju namerno ne izbegavam pomenute „lake“ formule zbog demonstracije jednostavnosti (moje) teorije informacije. Inače, ovo je jedna od najtežih tema egzaktnih nauka, a sama Šredingerova jednačina jedno je od dva epicentra tačnosti i teškoća intuitivnog razumevanja kvantne fizike. U nastavku priče je talasna priroda čestica, interferencija i problem oblika.

Kada je pomenuta konstanta k kompleksan broj, gornja eksponencijalna i logaritamska funkcija postaju periodične i prenos energije fotona je talas. Kao i vodeni talas koji energiju vode pomera horizontalno, okomito na njene molekule koje se kreću vertikalno, foton je talas vakuuma bez drugih veoma mnogobrojnih opcija vakuuma.

U zvaničnoj fizici interferencija je pojava uzajamnog uticaja talasa čiji rezultat može biti njihovo pojačavanje, slabljenje ili poništavanje. To se smatra veoma složenim fizičkim procesom koji se dešava pri interakciji talasa u korelaciji ili koherenciji, bilo zato što dolaze iz istog izvora ili zbog (skoro) iste frekvencije. Interferenciju poznaju sve vrste talasa, svetlosni, radio, zvučni ili na primer talasi vodene površine.

Za nas ovde interferencija je pakovanje informacija više talasa. Prost talas putuje horizontalno odstupajući pravilno i periodično gore-dole od glavnog pravca poput grafa sinusoide. Složeni talas dobijen interferencijom više njih predstavljala bi krivulja čiji se delovi takođe talasaju na praktično bezbrojne načine. Poremećaji sinusoide opet su periodični i predstavljaju „otisak prsta“ prisutnih talasa.

Interferencija vidljive svetlosti daće belu boju. Nju je moguće razložiti na elementarne propuštanjem kroz Njutnovu prizmu, što je pored ostalog i dokaz da interferencija ne uništava strukturu svojih komponenti, te da ne postoji značajna interakcija fotona. Fotoni se međusobno tolerišu jer su vrsta bozona.

Ima i drugačijih tumačenja oblika fotona. Na primer, fotone kao felšave lopte nedavno je opisao jedan indijski fizičar (Narendra Swarup Agarwal, 2015). Pokazao je da i one mogu ostavljati trag sličan sinusoidi i oponašaju pakovanje informacija interferencijom. Ovde tu različitost tumačenja oblika, pak, shvatamo da za fotone nije bitan oblik.

Poslednje shvatanje možemo izvući i iz matematike. Naime, bezmalo bilo koji deo proizvoljne funkcije može se upotrebiti da bi sa unapred datom tačnošću konstruisali periodični interval skoro svake druge funkcije (Furijeova transformacija, 1822). To daje mogućnost predstavljanja „oblika“ i fotona na bezbrojne načine. Drugim rečima, ne smatram najboljim insistiranje na (jedinstvenom) obliku fotona.

Princip minimalizma informacije je poseban začin nauci o fotonima. On nalaže da informacija nastaje kada i nestaje, kao da ne želi da postoji ali ne može izmaći zakonu održanja. Svetlost i sve druge elementarne informacije zato prosto rečeno titraju jer imaju neku količinu podataka kojih bi se rado rešile da mogu. Dosledno dalje, informacije se udružuju, sinhronizuju i interferiraju i svoje slobode utapaju u grupu. Tako će se recimo elektron, težeći minimalizmu, pridružiti atomu i otarasiti jednog fotona.

Sa novim razumevanjem fotoni su i poput talasa na „moru“ vakuuma. Oni su višak i poremećaj koji se kreće po „površini“ ogromne „mase“ prostora čija „unutrašnjost“ je prošlost koja se stalno taloži. Prostor je takođe informacija, pa ni svemir ni u koja dva trenutka nije jednak sebi, on je uvek vest da bi mogao postojati u „univerzumu informacija“.

Shodno takvoj (hipo)tezi, čestica-talas danas mogla bi interferirati sa odgovarajućim talasom koji je juče prošao istom putanjom. Potvrdu ovog čudnog zaključka možemo tražiti u vanvremenskoj prirodi nekih jednačina kvantne mehanike, na primer, u izračunavanju interferencije fotona sa samim sobom dok on prolazi kroz dva uska proreza.

Kvantna mehanika taj inače Jungov eksperiment (1790) za dokaz talasne priroda svetlosti koristi i za dokazivanje talasne prirode drugih čestica, a zbunjujuću interferenciju izolovanog kvanta (najmanjeg paketa talasa verovatnoće) sa samim sobom za sada tumači samo njegovim cepanjem radi istovremenog prolaska kroz dva otvora i interferencije delova nakon.

POSTAVI ODGOVOR

Unesite komentar
Unesite ime