Фотонная Вселенная

Разница путей гамма-квантов от блазара, проходящих сквозь гравитационную линзу далекой галактики. Иллюстрация Physorg

Наука отличается от веры возможностью подвергать сомнению собственные постулаты – даже, казалось бы, незыблемые (третий «игрок», философия, пытается понять, как рождается знание). Развитие науки во многом связано со все возрастающей разрешающей способностью приборов и инструментов для исследований.

Открыватель закона тяготения Исаак Ньютон полагал, что свет есть поток ничтожно малых телец-корпускул. С помощью трехгранной призмы он разлагал луч белого света по семи цветам. Ему рьяно возражал Готфрид Лейбниц, полагавший, что это распределение говорит о волновой природе света, приводя в пример брошенный в воду камень и расхождение кругов после этого.

Истина в споре не родилась, и живший через век после них Иммануил Кант провозгласил свои категории, или умственное распределение знания. Еще кенигсбергский затворник постулировал знание априори, то есть «до опыта», хотя и соглашался с Юмом, утверждавшим, что познание начинается с опыта. Точку в споре гигантов вроде бы поставил английский глазной врач Юнг, «прогнавший» свет через два тонких отверстия и получивший картину интерференцию светлых и темных полосок на экране (латинское слово «интерференция» означает «смешение»).

Тем не менее век назад Альберт Эйнштейн в одной из статей своей знаменитой серии вновь заявил, что свет – это поток корпускул, «удары» которых по металлической фольге объясняет фотоэффект, лежащий в основе работы фотоэлементов. Именно за эту работу Эйнштейн и получил Нобелевскую премию. Отцы-основатели квантовой физики попытались примирить авторов ХVII века, заявив о суперпозиции частицы-волны. То есть о том, что фотоны и элементарные частицы вплоть до атомов ведут себя как частица-волна.

По прошествии века спор, однако, не завершен, считает Джеймс Квоч из Института науки и технологии в Барселоне: «Квантовый физик знает, как рассчитать интерференционную картину, даже если вы посылаете всего один фотон». При этом он вспоминает Ричарда Фейнмана, говорившего о том, что интерференция является «центральной мистерией» квантового мира. Фейнман, создатель квантовой электродинамики, полагал, что интерференция означает распределение вероятностей параллельных состояний.

Для выявления этого Квоч предложил определить все возможные пути фотонов, посланных с Земли к Луне и обратно. С ним согласен Анинда Синха из Индийского института науки г. Бангалор. Он считает, однако, что осуществление эксперимента будет нелегким, но его результат будет означать углубление нашего понимания фундаментальной реальности квантового мира.

Согласно эйнштейновской теории относительности, большие гравитационные массы, взаимодействуя с проходящим рядом с ними светом, могут искажать путь фотонов. Эксперимент, предложенный Квочем, может наконец-то объединить квантовую физику и эйнштейновскую гравитацию. Но пока ученые пытаются извлечь корень истины из наблюдений за предложенными Эйнштейном гравитационными линзами.

Одна из них оказалась на пути гамма-квантов, сгенерированных далеким взрывом черной дыры, случившимся 7 млрд лет назад. Возникший в результате взрыва блазар, посылающий свет своих струй к Земле, был случайно открыт 14 июля 2014 года с помощью спутника. Реальность объекта затем подтвердили с помощью телескопа MAGIC на Канарах.

Гамма-фотоны от блазара в 100 млн раз мощнее солнечных фотонов, поэтому они довольно сильно «преломляются» галактикой, расположенной в 6 млрд световых лет от Земли. Результатом преломления лучей, идущих к Земле разными путями, стала задержка в 11 дней! Издание Astronomy & Astrophysics добавляет, что MAGIC вдвое расширил пределы гамма-Вселенной.