Przez ponad sto lat fizyka kwantowa uczyła nas, że światło ma podwójną naturę – jest jednocześnie falą i cząstką. Jednak najnowsze badania naukowców z MIT pokazują, że chociaż światło może zachowywać się jak fala lub cząstka, nigdy nie można zaobserwować obu tych właściwości naraz. To delikatne „przekreślenie” wizji Einsteina potwierdza fundamentalne zasady mechaniki kwantowej.
Debata na temat natury światła sięga XVII wieku, kiedy Isaac Newton twierdził, że światło musi być cząstką, natomiast Christiaan Huygens widział je jako falę. Przełomowy eksperyment Thomasa Younga z 1801 roku, znany jako eksperyment podwójnej szczeliny, ujawnił interferencyjny wzór światła – charakterystyczny dla fal. Sto lat później Max Planck i Albert Einstein udowodnili, że światło występuje także w postaci kwantów, czyli fotonów.
W mechanice kwantowej wprowadzono pojęcie dualizmu korpuskularno-falowego: światło może być zarówno falą, jak i cząstką. Jednak zasada nieoznaczoności Heisenberga mówi, że nie można jednocześnie zmierzyć obu tych właściwości. Niels Bohr opisał to jako komplementarność – możemy wybrać, czy badać światło jako falę, czy jako cząstkę, ale nigdy oba naraz.
Einstein jednak nigdy nie akceptował tej przypadkowości i próbował wykazać, że istnieje sposób na jednoczesną obserwację obu właściwości światła, wracając do eksperymentu Younga. Sugerował, że mierząc ruch szczeliny wywołany przez przechodzący foton, można uchwycić światło jako cząstkę i falę jednocześnie. Bohr uznał jednak, że taka obserwacja niszczy interferencję – dowiedziono, że miał rację.
Naukowcy z MIT pod kierownictwem Wolfganga Ketterle i Vitaly’ego Fedoseeva przeprowadzili eksperyment, w którym wykorzystano 10 tysięcy pojedynczych atomów schłodzonych do temperatur bliskich zeru absolutnemu. Każdy atom działał jak mikroszczelina, przez którą przelatywały fotony, tworząc wzór interferencyjny. Im dokładniej próbowano zarejestrować interakcję fotonów z atomami, tym bardziej zanikał wzór interferencyjny. Pokazuje to, że nie da się jednocześnie zmierzyć światła jako fali i cząstki.
Wyniki te potwierdzają kluczowe założenia mechaniki kwantowej. Światło ma podwójną naturę, ale nasza obserwacja zawsze ogranicza się do jednego z tych aspektów. To, co dla Einsteina było nie do przyjęcia, dla dzisiejszych fizyków jest niepodważalnym faktem: wszechświat działa według reguł prawdopodobieństwa, a kwantowa rzeczywistość pozostaje nieprzewidywalna i niezwykle fascynująca.
Źródło: Yahoo News
