MIT eksperiment potvrdio dvostruku prirodu svjetlosti: Svjetlost je i čestica i talas – ali nikad istovremeno
Fizičari s čuvenog Massachusetts Institute of Technology (MIT) izveli su najprecizniju verziju jednog od najpoznatijih eksperimenata u kvantnoj fizici – eksperimenta s dvostrukim prorezom. Njihova otkrića, objavljena u časopisu Physical Review Letters, potvrđuju dvostruku, ali neuhvatljivu prirodu svjetlosti i istovremeno opovrgavaju jednu od poznatijih tvrdnji Alberta Ajnštajna.
U ovom eksperimentu, koji se često naziva kvantnim klasikom, svjetlost se ponaša i kao čestica i kao talas – ali nikada u isto vrijeme. Čim pokušamo da posmatramo svjetlost kao česticu, njen talasni oblik nestaje, i obrnuto. Upravo taj paradoks predstavlja srž kvantne mehanike.
Stogodišnja rasprava između Ajnštajna i Bora
Eksperiment s dvostrukim prorezom prvi put je izveo britanski naučnik Tomas Jang još 1801. godine, kako bi dokazao da se svjetlost ponaša kao talas. Kada se svjetlosni zrak propusti kroz dva paralelna proreza, na ekranu iza njih ne pojavljuju se samo dva svijetla traga, već obrazac interferencije – naizmjenične tamne i svijetle pruge, što je tipično za talasne pojave.
Međutim, s razvojem kvantne fizike otkriveno je da, ako pokušamo da izmjerimo kroz koji prorez je foton prošao, talasni obrazac nestaje i svjetlost se ponaša kao čestica.
Ovo je dovelo do poznate rasprave između Ajnštajna i Nils Bora. Ajnštajn je tvrdio da bi foton morao da prođe kroz jedan prorez, ostavljajući slab mehanički trag, poput ptice koja pomjeri list u prolazu – što bi omogućilo da se istovremeno detektuju i čestična i talasna priroda svjetlosti. Bor je, međutim, tvrdio da bi sama mjerenja poništila talasni obrazac, pozivajući se na princip neodređenosti.
Idealan kvantni eksperiment s atomima i fotonima
MIT tim je napravio verziju eksperimenta koja ide korak dalje. Umjesto klasičnih proreza koristili su pojedinačne atome, od kojih je svaki mogao da interaguje s najviše jednim fotonom. Na taj način su u potpunosti eliminisali spoljne uticaje i sveli eksperiment na čisto kvantni nivo.
Pripremajući atome u različitim kvantnim stanjima, naučnici su mogli da kontrolišu količinu informacije koju atomi “znaju” o putanji fotona. Što su atomi više “znali”, to je interferencijski obrazac bio slabiji – potvrđujući osnovni postulat kvantne teorije: povećanje informacija o čestičnoj prirodi umanjuje talasni karakter.
„Ovo je bila misaona vježba u Ajnštajnovo i Borovo vrijeme. Oni nisu mogli ni da zamisle da ćemo jednog dana izvesti ovakav eksperiment s pojedinačnim atomima i fotonima,“ izjavio je vođa tima, profesor fizike Volfgang Keterle.
MIT-ov eksperiment je time jasno pokazao gdje je Ajnštajn bio u krivu – svaki put kad atom biva „potresen“ prolaskom fotona, talasna interferencija nestaje. Drugim riječima, ne može se istovremeno uhvatiti i čestična i talasna priroda svjetlosti.
