„Ona je poput Supermena, ima dva identiteta“: Eksperiment na MIT pokazao da Ajnštajn, ipak, nije bio u pravu

Fizičari sa Instituta tehnologije Masačusetsa (MIT) izveli su idealizovanu verziju jednog od najpoznatijih eksperimenata u kvantnoj fizici. Njihovi rezultati pokazuju, s preciznošću na atomskom nivu, dualnu, ali neuhvatljivu prirodu svetlosti.

Fizičari MIT potvrdili su da, poput Supermena, svetlost ima dva identiteta koja je nemoguće videti istovremeno, saopštio je MIT.

Preporučujemo

Takođe, rezultati istovremeno potvrđuju da Albert Ajnštajn nije bio u pravu kada je reč o ovom specifičnom kvantnom scenariju.

Eksperiment s dvostrukim prorezom

Reč je o eksperimentu s dvostrukim prorezom, koji je prvi put izveo 1801. britanski naučnik Tomas Jang da bi pokazao kako se svetlost ponaša kao talac. Danas, s razvojem kvantne mehanike, eksperiment s dvostrukim prorezom poznat je po svojoj iznenađujuće jednostavnoj demonstraciji zbunjujuće stvarnosti - da svetlost postoji i kao čestica i kao talas. Još čudnije, ova dvojnost se ne može istovremeno posmatrati. Posmatranje svetlosti u obliku čestica u trenutku zamagljuje njenu talasnu prirodu, i obrnuto.

Originalni eksperiment je podrazumevao propuštanje snopa svetlosti kroz dva paralelna proreza na barijeri i posmatranje šare koja se formirala na drugoj barijeri, udaljenom ekranu. Moglo bi se očekivati da se vide dve preklapajuće svetlosne mrlje, što bi impliciralo da svetlost postoji kao čestice, tj. fotoni, poput kuglica za pejntbol koje prate pravolinijsku putanju. Ali umesto toga, svetlost stvara naizmenične svetle i tamne pruge na barijeri, u interferencionoj šari sličnoj onome što se dešava kada se dva talasića u bari sretnu. Ovo sugeriše da se svetlost ponaša kao talas. Još čudnije, kada se pokuša izmeriti kroz koji prorez svetlost putuje, ona se odjednom ponaša kao čestice, a interferenciona šara nestaje.

Eksperiment s dvostrukim prorezom danas se predaje u većini srednjoškolskih časova fizike kao jednostavan način da se ilustruje osnovni princip kvantne mehanike: da su svi fizički objekti, uključujući svetlost, istovremeno i čestice i talasi.

Pre skoro jednog veka eksperiment je bio u centru prijateljske debate između fizičara Alberta Ajnštajna i Nilsa Bora. Ajnštajn je 1927. tvrdio da bi čestica fotona trebalo da prođe kroz samo jedan od dva proreza i da pri tom procesu generiše blagu silu na taj prorez, poput ptice koja zatrese list dok proleće pored njega. Predložio je da bi se takva sila mogla detektovati istovremeno sa posmatranjem interferencione šare, čime bi se istovremeno „uhvatila“ i čestična i talasna priroda svetlosti. Kao odgovor, Bor je primenio princip neodređenosti kvantne mehanike i pokazao da bi detekcija putanje fotona poništila interferencionu šaru.

Foto: MIT/Courtesy of the researchers

Atomi u različitim kvantnim stanjima

Naučnici su od tada izveli više verzija eksperimenta s dvostrukim prorezom, i sve su, u različitim stepenima, potvrdile validnost kvantne teorije koju je formulisao Bor. Sada su fizičari sa MIT-a izveli, kako navode, „najidealizovaniju“ verziju eksperimenta s dvostrukim prorezom do sada. Njihova verzija svodi eksperiment na njegovu kvantnu suštinu. Koristili su pojedinačne atome kao proreze i slabe snopove svetlosti, tako da je svaki atom raspršio najviše jedan foton. Pripremajući atome u različitim kvantnim stanjima, mogli su da modifikuju koje informacije atomi dobijaju o putanji fotona. Istraživači su time potvrdili predviđanja kvantne teorije: što je više informacija dobijeno o putanji (tj. čestičnoj prirodi) svetlosti, to je vidljivost interferencione šare bila manja.

Demonstrirali su u čemu je Ajnštajn pogrešio. Kad god atom bude „protresen“ prolazećim fotonom, talasna interferencija se smanjuje.

- Ajnštajn i Bor nikada ne bi pomislili da je ovo moguće, izvesti takav eksperiment sa pojedinačnim atomima i pojedinačnim fotonima. Ono što smo uradili je idealizovani misaoni eksperiment - kaže Volfgang Keterle, profesor fizike i vođa tima sa MIT-a.

Studija je objavljena u žurnalu Physical Review Letters.

(Telegraf Nauka/MIT News)