Рубрика: Фототехника
Дали е можно фотон да фрли сенка на друг фотон?
Автор: Невенка Стојановска
Објавено на 30.05.2018 - 11:45

Најнапред да се потсетиме дека сенката претставува зона создадена од темно тело кое ги пресекува зраците емитувани од светлосен извор. Во овој контекст ако го преформулираме прашањето тоа би гласело вака: Дали еден фотон може да пресече друг фотон? Па, зависи од тоа како ја разгледуваме природата на светлината.

 Ако случајот го разгледаме според законите на класичниот електромагнетизам, одговорот е - не! Зошто? Во овој случај фотоните претставуваат честички светлина кои при нивно меѓусебно пресретнување не се “гледаат”. Причината за ова е следна: фотоните претставуваат вектори на електромагнетската интеракција, сила која дејствува врз честичките што поседуваат полнеж, а фотонот е неутрален. Ова го прави неосетлив на електромагнетска интеракција, што, пак, значи дека не може да стапи во интеракција со честичка од ист вид. Ова значи дека не “фрла” сенка.

Но, фотонот е самиот по себе “чудо” - тој има двојна природа: тој е и честичка на светлина, но претставува и електромагнетен бран. Брановата природа на фотонот значи дека тој стапува во односи на интерференција, појава за време на која може да се каже дека фотоните фрлаат сенка.

Меѓусебната интеракција на два фотона може да се забележи само во два случаја

Да замислиме две серии од бранови генерирани при ударот на фрлени камчиња во мирната површина на водата. Секоја од овие серии на бранови се состои од сегмени на нивоа каде водата е или на повисоко ниво од почетното (средно) или на пониско. Што се случува кога брановите се вкрстуваат? Врвовите и ниските точки се собираат во правец на движењето на бранот, создавајќи зони каде што нивото на водата се зголемува уште повеќе (тука велиме дека се работи за конструктивна интерференција) и зони каде што нивото на водата се враќа на почетна позиција (велиме дека се работи за деструктивна интерференција). Истото се случува и кај светлината, заменете ја површината на водата со електромагнетно поле, а брановите во овој случај се светлински бранови. Одделни зони од конструктивната интерференција ќе бидат со зголемен сјај, додека другите зони од деструктивната интерференција ќе бидат темни. Но, останува проблемот што два зрака на светлина емитувани од светилки, на пример, не ќе можат во никој случај да интерферираат, бидејќи начинот на кој нивните извори ги емитуваат светлинските бранови е без ред. Како резултат на ова добивањето на фиксна зона во просторот каде што електромагнетните полиња на двата брана ќе се анулираат трајно е невозможно, што значи дека нема да се појави видлива темна зона - сенка. За ова да се спречи потребно е раздвојување на еден единствен светлински зрак и негова рекомбинација пред тој да се реемитува по две различни патеки. Двата зрака, значи, може да се рекомбинираат, така што испапчувањата од електромагнетското поле на едниот да се поклопуваат со врвовите на другиот, создавајќи на овој начин и темни зони помеѓу нив.

Но, што се случува на ниво на квантната физика? Фотоните може да складираат значително количество на енергија, што ги надминува рамките на класичната физика. Во овој случај, навлегуваме во доменот на квантната електродинамика. Оваа теорија, развиена од страна на Американецот Ричард Фејнман (Richard Feynman), предвидува дека две честички можат, доколку тоа им го дозволува нивната енергија, да произведат други честички при нивниот судир. Ова значи дека доколку фотоните имаат достатно енергија, нивната интеракција ќе остави траги: светлината ќе се трансформира во материја! За овој вид на реакција биле потребни гама-фотони со голема енергија, така што ваква ситуација за првпат е создадена и набљудувана дури во деведесеттите години на минатиот век, во џиновскиот акцелератор во Стенфорд. И, да одговориме на почетното прашање и од овој аспект: без сомнение дека во овие услови фотоните фрлаат сенка. 

Клучни зборови:
Меѓусебната интеракција на два фотона може да се забележи само во два случаја.

Меѓусебната интеракција на два фотона може да се забележи само во два случаја.