Ερευνητές στο MIT διεξήγαγαν αυτό που αποκαλούν το πιο «εξιδανικευμένο» πείραμα διπλής σχισμής μέχρι σήμερα, βρίσκοντας περαιτέρω στοιχεία ότι η άποψη του Αϊνστάιν για το φαινόμενο είναι πιθανώς λανθασμένη.
Το πείραμα διπλής σχισμής και οι παραλλαγές του, έχει δώσει μερικά από τα πιο παράξενα αποτελέσματα, από τότε που οι άνθρωποι ξεκίνησαν να μελετούν τον κόσμο επιστημονικά. Το 1801, ο Thomas Young πήρε ένα φως και το έστρεψε μέσα από μια διπλή σχισμή σε μια οθόνη πίσω από αυτό. Εκείνη την εποχή, η σωματιδιακή ιδέα του φωτός, που προτάθηκε από τον Isaac Newton, ήταν η επικρατούσα υπόθεση για το τι είναι το φως, υποδηλώνοντας ότι το φως ήταν ένα άμαζο σωματίδιο που ονομαζόταν «corpuscle».
Αλλά όταν ο Young έριξε φως μέσα από τις διπλές σχισμές, το μοτίβο που δημιούργησε στην οθόνη πίσω από αυτό δεν ήταν αυτό που θα περίμενε κανείς αν το φως ήταν απλώς ένα σωματίδιο. Αντί για δύο σημεία φωτός, εμφανίστηκε ένα μοτίβο συμβολής, σαν να αναδύονταν δύο διακυμάνσεις κυμάτων στην άλλη πλευρά της σχισμής και να αλληλοεπιδρούσαν.
Αυτό βοήθησε τους επιστήμονες να κατανοήσουν την κυματοειδή φύση του φωτός, όμως το πείραμα γινόταν όλο και πιο παράξενο όσο περισσότερα το εξέταζαν. Ένα προφανές παράδειγμα, όταν προσπαθείτε να ανιχνεύσετε από ποια σχισμή πέρασε το φως, το μοτίβο συμβολής εξαφανίζεται και μένει ένα μοτίβο που υποδηλώνει ότι το φως στην πραγματικότητα συμπεριφέρεται σαν σωματίδιο.
Ο Αϊνστάιν κέρδισε το βραβείο Νόμπελ την μελέτη του στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, που απέδειξε πως το φως δρα τόσο ως κύμα, όσο και ως σωματίδιο, που ονομάζεται φωτόνιο.
Ο Αϊνστάιν πίστευε ότι με τη σωστή πειραματική διάταξη – για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας μια οθόνη προσαρτημένη σε ευαίσθητα ελατήρια για να ανιχνεύσει από ποια σχισμή διήλθε το φωτόνιο – θα ήταν δυνατό να ανιχνευθεί η διαδρομή που ακολούθησε το φωτόνιο, χωρίς να διαταραχθεί το μοτίβο συμβολής. Ο Μπορ, εν τω μεταξύ, χρησιμοποίησε την αρχή της αβεβαιότητας του Χάιζενμπεργκ – η οποία δηλώνει ότι όσο περισσότερα γνωρίζουμε για τη θέση ενός σωματιδίου, τόσο λιγότερα γνωρίζουμε για την ορμή του – για να δείξει ότι η ανίχνευση της διαδρομής θα εξαφάνιζε πάντα το μοτίβο συμβολής.
Δυστυχώς για τον Αϊνστάιν, όλη η εργασία που έγινε στη συνέχεια -συμπεριλαμβανομένων των πειραμάτων που χρησιμοποίησαν ελατήρια- δείχνει ότι το μοτίβο συμβολής εξαφανίζεται όταν ανιχνεύεται η διαδρομή του φωτονίου. Το τελευταίο πείραμα ήταν και το τελευταίο χτύπημα, καθώς έγινε κατά τη διάρκεια του πιο εξιδανικευμένου περάματος διπλής σχισμής μέχρι στιγμής.
Οι ερευνητές του MIT μελετούσαν υπέρψυχρα άτομα και το πως η σκέδαση του φωτός σε αυτά, μπορεί να αποκαλύψει τις ιδιότητές τους.
«Συνειδητοποιήσαμε ότι μπορούμε να ποσοτικοποιήσουμε τον βαθμό στον οποίο αυτή η διαδικασία σκέδασης μοιάζει με σωματίδιο ή κύμα», εξήγησε σε μια δήλωση ο πρώτος συγγραφέας Βιτάλι Φεντόσεεφ , «και γρήγορα συνειδητοποιήσαμε ότι μπορούμε να εφαρμόσουμε αυτή τη νέα μέθοδο για να πραγματοποιήσουμε αυτό το διάσημο πείραμα με έναν πολύ ιδανικό τρόπο».
Για να το πετύχουν αυτό, ψύχραναν 10.000 άτομα σε θερμοκρασίες μικροκέλβιν, σε ένα νέφος. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν laser για να τα μετατρέψουν σε κρυσταλλικό πλέγμα. Σε αυτή τη διάταξη, κάθε μεμονωμένο άτομο ήταν αρκετά μακριά από το γειτονικό του άτομο ώστε να μπορεί κανείς να το δει ως ένα μόνο, απομονωμένο άτομο. Όταν έλαμπαν με μια αδύναμη δέσμη φωτός μέσα από τα άτομα, καθώς περνούσε ανάμεσα σε δύο γειτονικά άτομα, αυτό ήταν σαν να περνούσε μέσα από δύο σχισμές στο κλασικό πείραμα.
«Αυτό που κάναμε μπορεί να θεωρηθεί ως μια νέα παραλλαγή του πειράματος της διπλής σχισμής», πρόσθεσε ο Wolfgang Ketterle, καθηγητής Φυσικής στην έδρα John D. MacArthur. «Αυτά τα μεμονωμένα άτομα είναι σαν τις μικρότερες σχισμές που θα μπορούσατε ενδεχομένως να δημιουργήσετε».
Αυτή είναι η ολοκαίνουργια υπηρεσία χαρτών της Google – ένα δώρο στην ανθρωπότητα
Με αυτό το πείραμα, η ομάδα μπορούσε επίσης να προσαρμόσει το πόσο σφιχτά συγκρατούνταν τα άτομα στη θέση τους. Επιτρέποντάς τους περισσότερη ελευθερία, κάνοντάς τα πιο «θολά», τα άτομα θα θρόιζαν πιο εύκολα από τη δέσμη φωτός και ως εκ τούτου θα περίμενε κανείς αυξημένη πιθανότητα το φως να συμπεριφερθεί ως φωτόνιο και όχι ως κύμα. Εξετάζοντας τα δεδομένα που συλλέχθηκαν πίσω από το νέφος ατόμων από έναν υπερευαίσθητο ανιχνευτή, η ομάδα διαπίστωσε ότι τα αποτελέσματα ταίριαζαν πολύ με τις θεωρητικές προβλέψεις της κβαντομηχανικής. Αυτό φαίνεται να συμφωνεί με τα στοιχεία που αποδεικνύουν ότι ο Αϊνστάιν έκανε λάθος σε αυτό το θέμα και ότι ένα εξιδανικευμένο πείραμα που χρησιμοποιεί ένα ελατήριο θα απέδιδε το ίδιο αποτέλεσμα.
«Σε πολλές περιγραφές, τα ελατήρια παίζουν σημαντικό ρόλο. Αλλά δείχνουμε, όχι, τα ελατήρια δεν έχουν σημασία εδώ. Αυτό που έχει σημασία είναι μόνο η ασάφεια των ατόμων», πρόσθεσε ο Φεντόσεγιεφ. «Επομένως, πρέπει να χρησιμοποιηθεί μια πιο βαθιά περιγραφή, η οποία χρησιμοποιεί κβαντικές συσχετίσεις μεταξύ φωτονίων και ατόμων».
Τόσα χρόνια μετά την γέννηση της κβαντομηχανικής, οι προβλέψεις της εξακολουθούν να είναι οι καλύτερες που έχουμε για διάφορα φαινόμενα. Ο Αϊνστάιν, αν και δεν πήρε Νόμπερλ για την θεωρία της σχετικότητας, αλλά για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, παραμένει ίσως ο μεγαλύτερος επιστήμονας (μαζί με τον Νεύτωνα) που έχει πατήσει το πόδι του σε αυτό τον πλανήτη.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Physical Review Letters.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
