Foton w trzech miejscach naraz. Teoria kwantów zdała kolejny test.

Znane ze szkół doświadczenie Younga z dwoma szczelinami doczekało się wreszcie swojego rozszerzenia. Kanadyjskim fizykom udało się zbadać zachowanie pojedynczego fotonu po równoczesnym (sic!) przejściu przez trzy szczeliny. Wynik: kolejny punkt dla mechaniki kwantowej w starciu ze zdrowym rozsądkiem… Na początku XIX w. angielski geniusz Thomas Young przeprowadził klasyczne doświadczenie, które bezdyskusyjnie potwierdziło falową naturę światła. [...]

Znane ze szkół doświadczenie Younga z dwoma szczelinami doczekało się wreszcie swojego rozszerzenia. Kanadyjskim fizykom udało się zbadać zachowanie pojedynczego fotonu po równoczesnym (sic!) przejściu przez trzy szczeliny. Wynik: kolejny punkt dla mechaniki kwantowej w starciu ze zdrowym rozsądkiem…

Na początku XIX w. angielski geniusz Thomas Young przeprowadził klasyczne doświadczenie, które bezdyskusyjnie potwierdziło falową naturę światła. W eksperymencie tym odpowiednio spreparowane światło świecy przechodziło przez dwie wąskie szczeliny, po czym tworzyło na przeciwległym ekranie układ jasnych i ciemnych prążków. Young skojarzył ten świetlny wzór z efektem wzajemnego wzmacniania się i wygaszania dwóch fal (tzw. interferencją), tym samym dowodząc, że światło jest rodzajem fali.

Był to jednak dopiero początek kariery tego eksperymentu w fizyce. W roku 1909, gdy wiedziano już, że światło przejawia zarówno właściwości falowe, jak i korpuskularne (tzn. że składa się z cząstek – fotonów), inny Brytyjczyk, Geoffrey I. Taylor, przeprowadził doświadczenie Younga przy użyciu światła o tak małym natężeniu, że średnio rzecz biorąc do szczelin docierał naraz tylko jeden foton. Może się wydawać, że nie powinno być wówczas mowy o żadnym nakładaniu się fal – wszak pojedyncza cząstka może przejść przez co najwyżej jedną szczelinę. Nie powinno więc dojść do interferencji… Nic bardziej mylnego! Foton po fotonie, na przeciwległym do szczelin światłoczułym ekranie wyłoniły się charakterystyczne prążki. Tak jakby cząstka przechodziła równocześnie przez obie szczeliny i interferowała sama ze sobą!

Znany fizyk-noblista Richard Feynman zwykł mówić, że z doświadczenia Younga można wydedukować całą mechanikę kwantową. Teoria ta narodziła się zresztą kilkanaście lat po doświadczeniu Taylora. Stanowi ona między innymi, że dziwne zachowanie po przejściu przez dwie szczeliny jest domeną wszystkich obiektów kwantowych – nie tylko fotonów. Pozwala ona również przewidzieć, jak zachowa się cząstka po przejściu np. przez trzy szczeliny.

Fizyka jest nauką eksperymentalną, toteż każda teoria jest surowo rozliczana ze swoich przewidywań, zwłaszcza gdy przeczy naszym zdroworozsądkowym wyobrażeniom. Fizycy strzelali już w parę szczelin elektronami, protonami, neutronami, całymi atomami a nawet fulerenami C60. Za każdym razem obserwowano falowość materii przewidzianą przez mechanikę kwantową.

Co ciekawe, do tej pory nie dokonano dokładnych pomiarów z użyciem trzech szczelin w miejscu dwóch. Taki surowy test teorii kwantowej przeprowadzono dopiero ostatnio na University of Waterloo w Kanadzie. Sercem ultraprecyzyjnego układu doświadczalnego była powleczona warstwą metalu szklana płytka z wyrytymi w powłoce mikroszczelinami.

Jak ogłaszają naukowcy, uzyskany w doświadczeniu wzór interferencyjny ściśle odpowiada przewidywaniom mechaniki kwantowej (w granicy jednoprocentowego błędu pomiarowego). Foton zachowuje się więc tak, jakby był w trzech miejscach równocześnie.

Dziwny jest ten (kwantowy) świat…

Źródło: gadzetomania.pl

Pobierz ebook "Social media marketing dla firm i agencje się w nim specjalizujące"