Einstein sa mýlil! Výskumníci vykonali „ideálnu“ verziu jedného z najznámejších experimentov kvantovej mechaniky. Toto sú výsledky
Výskumníci vykonali ideálnu verziu experimentu s dvoma štrbinami a zistili, že Albert Einstein sa vo svojej predpovedi mýlil. Vedci dokázali, že nemôžeme svetlo pozorovať súčasne ako vlnu a ako časticu.
Youngov experiment, známejší v bežnej reči ako experiment s dvoma štrbinami, je jeden z najznámejších fyzikálnych experimentov, ktorý ukazuje vlnovú povahu svetla a neskôr aj kvantovú podstatu hmoty. Výskumníci z MIT vykonali v rámci novej štúdie idealizovanú verziu tohto experimentu, ktorá dokázala, že sa Einstein mýlil ohľadom tohto konkrétneho kvantového scenára.
Experiment s dvoma štrbinami má svoje počiatky v roku 1801, kedy ho navrhol a vykonal britský výskumník menom Thomas Young. Experiment slúži ako demonštrácia toho, ako sa svetlo správa ako vlna. Neskôr, s rozvojom kvantovej mechaniky, sa stal tento experiment priam ikonickým ako demonštrácia niečoho, čo môže na prvý pohľad znieť až bizarne, že svetlo existuje súčasne aj ako vlna aj ako častica. To by možno nebolo až tak nepochopiteľné, no bizarnejším je fakt, že túto dualitu nemôžeme súčasne pozorovať.
Experiment s dvoma štrbinami jasne ukazuje, že keď vidíme svetlo vo forme častice, táto forma okamžite zakryje vlnovú funkciu a naopak. Pôvodný experiment pozostával zo svetelného lúča, ktorý svietil cez dve paralelné štrbiny v doske. Výskumníci pozorovali vzor, aký sa objavil na druhej, vzdialenejšej doske.
Čo ukazuje experiment s dvoma štrbinami?
Výskumníci čakali, že uvidia dva prekrývajúce sa vrstvy svetla. To by preukázalo, že svetlo existuje vo forme častíc, teda fotónov. Predstav si fotóny ako paintballové guľôčky, ktoré nasledujú rovnú čiaru. Namiesto toho ale výskumníci uvideli striedajúce sa jasné a tmavé prúžky. Ide o podobný vzor, ktorý nastáva, keď sa stretnú dve vlnky v jazere. To naznačuje, že sa svetlo správa ako vlna.
“Bizarné na tomto experimente je, že ak sa snažíme merať štrbinu, cez ktorú svetlo prechádza, odrazu sa začne svetlo správať ako častice a tento pruhovaný vzor mizne,” hovoria autori výskumu.
Experiment s dvoma štrbinami síce vznikol začiatkom 19. storočia, no dodnes sa na ňom učí fundamentálny princíp kvantovej mechaniky. Ten hovorí že všetky fyzikálne objekty, vrátane svetla, sú zároveň častice aj vlny.
Neprehliadni
Albert Einstein sa v polovici 20. storočia dostal do vášnivej diskusie s Nielsom Bohrom. Einstein tvrdil, že častica fotónu by mala prejsť len cez jednu z dvoch štrbín a počas tohto procesu by mala vzniknúť jemná sila pôsobiaca na túto štrbinu. Einstein to prirovnal k vtákovi, ktorý rozhýbe listy, keď preletí okolo. Tento dej by bol zároveň spôsobom, ako zachytiť, že svetlo skutočne existuje ako častica aj ako vlna súčasne. Bohr aplikoval princíp kvantovej neurčitosti a tvrdil, že ak zachytíme cestu fotónu, potom sa mriežkovaná interferencia vymaže.
Výskumníci z inštitútu MIT vykonali doteraz najidealizovanejšiu verziu experimentu. Táto verzia experiment “vyzliekla” až do jeho kvantovej podstaty. Autori využili individuálne atómy ako štrbiny a použili slabé svetelné lúče, aby každý atóm rozptýlil najviac jeden fotón. Predtým ešte výskumníci pripravili atómy cez rôzne kvantové stavy. Tým dokázali vyladiť, aké informácie atómy získali o dráhe fotónov.
Einstein sa vo svojej predpovedi mýlil
Ukázalo sa, že čím viac informácií atómy získalo ohľadom časticovej povahy svetla, tým menej sa prejavila jeho vlnová povaha. Týmto experimentom zároveň potvrdili, že Einstein nemal pravdu v tom, že dokážeme zachytiť časticovú a vlnovú povahu svetla zároveň.
“Keď sa Einstein a Bohr hádali, pravdepodobne nikto z nich ani len nesníval o tom, že jedného dňa budú môcť výskumníci vykonať tento experiment s jednotlivými atómami a jednotlivými fotónmi. V rámci našej štúdie sme priniesli idealizovaný experiment s dvoma štrbinami,” hovorí Wolfgang Ketterle, vedúci tímu, ktorý stál za experimentom.
Albert Einstein je autorom jednej z najúspešnejších fyzikálnych teórií všetkých čias, no aj takýto génius sa mohol z času na čas pomýliť. Jeho omyl ale nie je odrazom jeho inteligencie, no prirodzených limitov v poznatkoch danej doby.
