Οι επιστήμονες εδώ και καιρό αντιμετωπίζουν ένα θεμελιώδες ερώτημα: τι ακριβώς είναι το φως; Είναι ένα κύμα, που ρέει σαν κυματισμοί στο νερό, ή μήπως αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια, σαν μικροσκοπικές μπάλες ζωγραφικής που διασχίζουν το διάστημα;
Αυτό το θεμελιώδες ερώτημα βρισκόταν στην καρδιά του πειράματος της διπλής σχισμής, καταδεικνύοντας τη διττή φύση του φωτός.
Μόλις πρόσφατα, φυσικοί στο MIT διεξήγαγαν ένα πείραμα χρησιμοποιώντας απίστευτη ατομική ακρίβεια. Είναι ενδιαφέρον ότι έχει επιλύσει οριστικά μια μακροχρόνια διαμάχη μεταξύ των κβαντικών γιγάντων Άλμπερτ Αϊνστάιν και Νιλς Μπορ σχετικά με την αόριστη φύση του φωτός.
«Οι φυσικοί του MIT επιβεβαιώνουν ότι, όπως και ο Σούπερμαν, το φως έχει δύο ταυτότητες που είναι αδύνατο να γίνουν αντιληπτές ταυτόχρονα», σημείωσαν οι ερευνητές.
Η διπλή φύση του φωτός Το πείραμα της διπλής σχισμής, που επιδείχθηκε για πρώτη φορά από τον Thomas Young το 1801, έχει εξελιχθεί σε ακρογωνιαίο λίθο της κβαντομηχανικής.
Δείχνει περίφημα ότι το φως εμφανίζει τόσο κυματοειδή όσο και σωματιδιακή συμπεριφορά. Αρχικά, το πείραμα έδειξε ότι το φως δημιουργούσε ένα μοτίβο συμβολής —εναλλασσόμενες φωτεινές και σκοτεινές ρίγες— όταν διέρχεται από δύο σχισμές, συμπεριφερόμενο σαν κύμα. Ωστόσο, αν οι επιστήμονες προσπαθούσαν να παρατηρήσουν από ποια σχισμή περνούσε το φως, το μοτίβο συμβολής εξαφανιζόταν και το φως ξαφνικά συμπεριφερόταν σαν σωματίδια.
Αυτό το αινιγματικό φαινόμενο υπογραμμίζει μια βασική αρχή της κβαντομηχανικής: το φως υπάρχει τόσο ως σωματίδιο όσο και ως κύμα, αλλά μπορείτε να παρατηρήσετε μόνο μία πτυχή κάθε φορά. Αυτή η φαινομενικά παράδοξη «δυαδικότητα κύματος-σωματιδίου» μπέρδεψε τους πρώτους πρωτοπόρους της κβαντικής επιστήμης.
Αυτό το κβαντικό αίνιγμα οδήγησε σε μια διάσημη διαμάχη μεταξύ του Αϊνστάιν και του Μπορ το 1927. Ο Αϊνστάιν πίστευε ότι μπορούσε να επινοήσει ένα πείραμα για να παρατηρήσει ταυτόχρονα την τροχιά των σωματιδίων του φωτός και την συμβολή των κυμάτων.
Ο Μπορ, αξιοποιώντας την αρχή της αβεβαιότητας, υποστήριξε ότι οποιαδήποτε προσπάθεια μέτρησης της τροχιάς του φωτονίου αναπόφευκτα θα το διατάρασσε και θα κατέστρεφε το μοτίβο συμβολής. Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών, πολλές εκδοχές του πειράματος της διπλής σχισμής έχουν επιβεβαιώσει την άποψη του Μπορ.
Αλλά τώρα, οι φυσικοί του MIT, με επικεφαλής τον καθηγητή Wolfgang Ketterle, έχουν πραγματοποιήσει την πιο «εξιδανικευμένη» εκδοχή μέχρι σήμερα, μεταφέροντάς την στον κβαντικό πυρήνα της. Αντί για φυσικές σχισμές, χρησιμοποίησαν μεμονωμένα υπερψυχρά άτομα ως «σχισμές». Η ομάδα ψύχθηκε πάνω από 10.000 άτομα σε θερμοκρασία σχεδόν απόλυτου μηδενός και τα τοποθέτησε σε ένα ακριβές, κρυσταλλικό πλέγμα χρησιμοποιώντας λέιζερ.
Κάθε άτομο ήταν ουσιαστικά μια απομονωμένη, πανομοιότυπη σχισμή. Στη συνέχεια, έλαμψαν με μια πολύ αδύναμη δέσμη φωτός, διασφαλίζοντας ότι «κάθε άτομο σκόρπισε το πολύ ένα φωτόνιο». Οι επιστήμονες υπέθεσαν ότι η ρύθμισή τους —χρησιμοποιώντας μεμονωμένα άτομα με ακρίβεια διατεταγμένα— θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως ένα μικροσκοπικό πείραμα διπλής σχισμής. Κατευθύνοντας μια αχνή δέσμη φωτός στα άτομα, μπόρεσαν να μελετήσουν πώς τα μεμονωμένα φωτόνια αλληλεπιδρούσαν με δύο γειτονικά άτομα, αποκαλύπτοντας αν το φως συμπεριφερόταν ως κύμα ή ως σωματίδιο.
«Αυτό που κάναμε μπορεί να θεωρηθεί ως μια νέα παραλλαγή του πειράματος διπλής σχισμής. Αυτά τα μεμονωμένα άτομα είναι σαν τις μικρότερες σχισμές που θα μπορούσατε ενδεχομένως να κατασκευάσετε», δήλωσε ο Ketterle. Διευθέτηση της συζήτησης Η ομάδα μπόρεσε να συντονίσει με ακρίβεια την «ασάφεια» αυτών των ατομικών σχισμών ρυθμίζοντας το φως λέιζερ που τις συγκρατεί.
Η ασάφεια αυτών των ατόμων επηρέασε το πόσες πληροφορίες λαμβάνονταν σχετικά με την πορεία ενός φωτονίου. Τα αποτελέσματά τους συμφωνούσαν πλήρως με την κβαντική θεωρία και τάχθηκαν οριστικά υπέρ του Μπορ.
ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΑΡΘΡΑ Ανακάλυψαν μια σαφή σχέση: όσο πιο ακριβή ήταν ο προσδιορισμός της πορείας ενός φωτονίου (επιβεβαιώνοντας τη σωματιδιακή του συμπεριφορά), τόσο περισσότερο εξασθενούσε το κυματοειδές μοτίβο συμβολής. Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι το μοτίβο συμβολής κύματος εξασθενούσε κάθε φορά που ένα άτομο ωθούνταν από ένα φωτόνιο που περνούσε από εκεί. Αυτό επιβεβαίωσε ότι η λήψη πληροφοριών σχετικά με την πορεία του φωτονίου διέγραφε αυτόματα τις κυματικές του ιδιότητες. Τα ευρήματα επιβεβαίωσαν ότι ο Αϊνστάιν έκανε λάθος σε αυτό το συγκεκριμένο κβαντικό σενάριο, επιβεβαιώνοντας την παράξενη και αντιφατική φύση της κβαντικής πραγματικότητας. Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Physical Review Letters .
ΠΗΓΉ : https://interestingengineering-com
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου