В експерименті дослідники використовували окремі атоми як щілину.
Енштейн помилявся / колаж УНІАН, фото Wikipedia
Дослідники з Массачусетського технологічного інституту (MIT) провели те, що вони називають «найідеалізованішим» варіантом експерименту з двома щілинами, і отримали ще більше доказів того, що Ейнштейн, імовірно, помилявся у своїй інтерпретації цього феномена.
Двощілинний експеримент і його варіації залишаються одним із найдивніших результатів, до яких прийшло людство під час вивчення природи науковими методами, пише IFLScience. У 1801 році Томас Юнг направив світло на екран, пропустивши його через дві щілини. У той час ще панувала корпускулярна теорія світла, запропонована Ісааком Ньютоном, згідно з якою світло являє собою потік безмасових частинок — «корпускул».
Однак, коли Юнг провів свій експеримент, на екрані виникла не просто пара світлових плям, як можна було б очікувати від частинок. Натомість він побачив інтерференційну картину, ніби світло поводиться як хвиля, що проходить через дві щілини і створює характерні хвильові візерунки.
Відео дня
Двощілинний експеримент — суперечка Ейнштейна і Бора
Цей результат допоміг ученим усвідомити хвильову природу світла. Але що далі вони вивчали явище, то загадковішим воно ставало. Один із найбільш вражаючих моментів: якщо спробувати визначити, через яку зі щілин пройшло світло, інтерференційна картина зникає, і з’являється візерунок, що відповідає частковій поведінці світла.
Ейнштейн, який отримав Нобелівську премію за роботу з фотоелектричного ефекту, в рамках якого він показав, що світло має двоїсту природу (хвиля і частка, звана фотоном), був прекрасно обізнаний про цей парадокс і багато сперечався з цього приводу з Нільсом Бором. Ейнштейн вважав, що з правильною експериментальною установкою — наприклад, з використанням екрана на чутливих пружинах, — можна буде визначити, через яку щілину пройшов фотон, не зруйнувавши при цьому інтерференційну картину.
Бор, зі свого боку, використав принцип невизначеності Гейзенберга, згідно з яким що точніше ми знаємо положення частинки, то менше ми знаємо про її імпульс, — щоб довести, що спроба дізнатися шлях частинки неминуче зруйнує інтерференцію.
На жаль для Ейнштейна, всі наступні експерименти — включно з тими, де застосовували пружини — показували: інтерференційна картина зникає, щойно ми визначаємо шлях фотона. І ось тепер, у черговому ударі по теорії Ейнштейна, вчені повторили експеримент у найбільш «ідеалізованій» формі на сьогоднішній день.
Двощілинний експеримент у сучасному світі
Дослідники з MIT насправді вивчали ультрахолодні атоми і те, як розсіювання світла на них дає змогу визначити їхні властивості.
«Ми зрозуміли, що можемо кількісно визначити, наскільки поведінка розсіювання нагадує поведінку частинки або хвилі. ми швидко зрозуміли, що можемо застосувати цей підхід для відтворення знаменитого експерименту в дуже ідеалізованій формі», — пояснив Віталій Федосєєв, перший автор дослідження.
Під час експерименту вчені охолодили понад 10 000 атомів до мікрокельвінових температур, створивши хмару, і за допомогою лазерів організували атоми в решітку, подібну до кристала. У такій конфігурації кожен атом перебував на достатній відстані від сусідів, щоб його можна було розглядати як окрему частинку.
Коли через цю хмару пропускали слабкий світловий промінь, його проходження між двома сусідніми атомами імітувало проходження через дві щілини, як у класичному експерименті Юнга.
«Те, що ми зробили, можна розглядати як нову варіацію експерименту з двома щілинами. Ці окремі атоми — це найменші можливі «щілини», які тільки можна побудувати», — заявив професор фізики і лауреат Нобелівської премії Вольфганг Кеттерле.
Вчені також могли регулювати ступінь утримання атомів на місці. Що більш «розмитими» ставали атоми (тобто менше фіксувалися в просторі), то сильніше вони реагували на світло, і то більшим був шанс, що світло проявлятиме часткову поведінку, а не хвильову.
Вивчивши дані, зібрані ультрачутливим детектором, команда виявила, що поведінка світла в точності відповідає прогнозам квантової механіки. Це вкотре підтверджує, що експеримент з «ідеальною» пружиною дав би той самий результат, і Ейнштейн помилявся.
«У багатьох описах наголос робиться на пружини. Але ми показуємо, що справа не в пружинах, а в «розмитті» атомів. Потрібно використовувати глибший опис, що ґрунтується на квантових кореляціях між фотонами й атомами», — підкреслив Федосєєв.
Інші цікаві наукові новини
Раніше УНІАН повідомляв, що вчені змогли розгадати вікову таємницю про вірус іспанського грипу. Розшифрувавши геном вірусу грипу 1918 року — саме того самого штаму, що спричинив смертоносну пандемію іспанського грипу, що забрала життя від 20 до 100 мільйонів людей, — вчені пролили нове світло на те, як цей вірус еволюціонував і адаптувався до людини.
Крім того, ми розповідали, що вчені вирішили нагріти золото до екстремальних температур і воно не розплавилося. Однак незабаром вони не могли повірити своїм очам через те, що сталося.
