Φως… είναι σωματίδιο ή κύμα; Ποιοι θεμελιώδεις μηχανικοί διέπουν τη συμπεριφορά του; Και το πιο σημαντικό, η απλή παρατήρηση αλλάζει αυτή τη συμπεριφορά; Αυτό είναι το αίνιγμα των κβαντικών φυσικών για πολλούς αιώνες, από τότε που η μηχανική των κυμάτων φωτονίων θεωρήθηκε και πραγματοποιήθηκε το πείραμα Double Slit.
Επίσης γνωστό ως πείραμα του Young, αφορούσε δέσμες σωματιδίων ή συνεκτικά κύματα που διέρχονται από δύο σχισμές σε στενή απόσταση, σκοπός των οποίων ήταν να μετρηθούν οι επιπτώσεις που προκύπτουν σε μια οθόνη πίσω από αυτές. Στην κβαντομηχανική, το πείραμα διπλής σχισμής κατέδειξε την αδιαχώριστη φύση του κύματος και των σωματιδίων του φωτός και άλλων κβαντικών σωματιδίων.
Το πείραμα Double Slit διεξήχθη για πρώτη φορά από τον Thomas Young το 1803, αν και ο Sir Isaac Newton λέγεται ότι είχε πραγματοποιήσει ένα παρόμοιο πείραμα στη δική του εποχή. Κατά τη διάρκεια των αρχικών πειραμάτων, ο Newton έριξε φως σε μια μικρή τρίχα, ενώ ο Young χρησιμοποίησε ένα χαρτόνι με μια σχισμή κομμένη σε αυτό. Πιο πρόσφατα, οι επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει μια σημειακή πηγή φωτός για να φωτίσουν μια λεπτή πλάκα με δύο παράλληλες σχισμές και το φως που διέρχεται από τις σχισμές χτυπά μια οθόνη πίσω από αυτές.
Βασιζόμενοι στην κλασική θεωρία σωματιδίων, τα αποτελέσματα του πειράματος θα έπρεπε να αντιστοιχούν στις σχισμές, οι επιπτώσεις στην οθόνη εμφανίζονται σε δύο κάθετες γραμμές. Ωστόσο, αυτό δεν συνέβη. Τα αποτελέσματα έδειξαν σε πολλές περιπτώσεις ένα μοτίβο παρεμβολών, κάτι που θα μπορούσε να συμβεί μόνο εάν είχαν εμπλακεί μοτίβα κυμάτων.
Τα κλασικά σωματίδια δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. συγκρούονται απλώς. Εάν τα κλασικά σωματίδια πυροδοτηθούν σε ευθεία γραμμή μέσω σχισμής, όλα θα χτυπήσουν την οθόνη σε σχήμα με το ίδιο μέγεθος και σχήμα με τη σχισμή. Όπου υπάρχουν δύο ανοιχτές σχισμές, το προκύπτον μοτίβο θα είναι απλώς το άθροισμα των δύο μοτίβων μονής σχισμής (δύο κάθετες γραμμές). Αλλά ξανά και ξανά, το πείραμα έδειξε ότι οι συνεκτικές ακτίνες φωτός παρεμβαίνουν, δημιουργώντας ένα μοτίβο φωτεινών και σκοτεινών ζωνών στην οθόνη.
Ωστόσο, οι ταινίες στην οθόνη βρέθηκαν πάντα να απορροφώνται σαν να αποτελούνται από διακριτά σωματίδια (γνωστά και ως φωτόνια). Για να κάνουν τα πράγματα ακόμη πιο συγκεχυμένα, τοποθετήθηκαν συσκευές μέτρησης για να παρατηρήσουν τα φωτόνια καθώς περνούσαν από τις σχισμές. Όταν έγινε αυτό, τα φωτόνια εμφανίστηκαν με τη μορφή σωματιδίων και οι επιπτώσεις τους στην οθόνη αντιστοιχούσαν στις σχισμές, μικροσκοπικές κηλίδες μεγέθους σωματιδίων κατανεμημένες σε ευθείες κάθετες γραμμές.
Τοποθετώντας μια συσκευή παρατήρησης στη θέση της, η λειτουργία κύματος των φωτονίων κατέρρευσε και το φως συμπεριφέρθηκε ως κλασικά σωματίδια για άλλη μια φορά! Αυτό θα μπορούσε να επιλυθεί μόνο με τον ισχυρισμό ότι το φως συμπεριφέρεται τόσο ως σωματίδιο όσο και ως κύμα, και ότι η παρατήρησή τους προκαλεί το εύρος των δυνατοτήτων συμπεριφοράς να περιορίσουν στο σημείο όπου η συμπεριφορά τους γίνεται προβλέψιμη για άλλη μια φορά.
Το πείραμα Double Slit όχι μόνο δημιούργησε τη θεωρία των φωτονίων για τα κύματα σωματιδίων, αλλά έκαναν τους επιστήμονες να γνωρίζουν τον απίστευτο, μπερδεμένο κόσμο της κβαντικής μηχανικής, όπου τίποτα δεν είναι προβλέψιμο, όλα είναι σχετικά, και ο παρατηρητής δεν είναι πλέον παθητικό θέμα , αλλά ένας ενεργός συμμετέχων με τη δύναμη να αλλάξει το αποτέλεσμα. Για μια κινούμενη επίδειξη του πειράματος Double Slit, κάντε κλικ εδώ.
Έχουμε γράψει πολλά άρθρα σχετικά με το πείραμα Double Slit για το περιοδικό Space. Ακολουθεί μια συζήτηση φόρουμ για ένα σπιτικό πείραμα διπλής σχισμής και εδώ είναι ένα άρθρο σχετικά με τη δυαδικότητα των κυμάτων-σωματιδίων.
Εάν θέλετε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το πείραμα διπλής σχισμής, ρίξτε μια ματιά σε αυτά τα άρθρα από το Physorg.com και το Space.com.
Καταγράψαμε επίσης ένα ολόκληρο επεισόδιο του Astronomy Cast σχετικά με την Quantum Mechanics. Ακούστε εδώ, επεισόδιο 138: Κβαντομηχανική.
