فیزیکدانان «MIT» به مناظره ۹۸ ساله اینشتین و بور آخر دادند_صبح سریع

دانشمندان زمان‌ها با یک سوال اساسی دست‌وپنجه نرم می‌کرده‌اند: نور دقیقا چیست؟ آیا نور یک موج است، که همانند موج‌های روی آب جاری می‌شود، یا از ذرات ریزی ساخته شده و همانند گلوله‌های رنگی کوچکی در فضا پرتاب می‌شود؟ این سوال بنیادی، در مرکز «آزمایش دوشکاف» (double-slit experiment) قرار دارد، آزمایشی که ماهیت دوگانه نور را مشخص می کند.

به نقل از آی‌ای، به تازگی، فیزیک‌دانان در موسسه فناوری ماساچوست آزمایشی را با دقت اتمی شگفت انگیز انجام دادند. پژوهشگران می‌گویند: فیزیک‌دانان موسسه فناوری ماساچوست تایید کرده‌اند که نور، همانند سوپرمن، دو هویت دارد که به‌طور هم‌زمان قابل دیدن نیستند.

ماهیت دوگانه نور

آزمایش دوشکاف، که نخستین بار توسط توماس یانگ در سال ۱۸۰۱ نشان داده شد، به یک سنگ‌بنا برای  مکانیک کوانتومی تبدیل شده است. این آزمایش به طوری معروف مشخص می کند که نور رفتارهایی همانند به موج و ذره را توامان با هم دارد.

در ابتدا، این آزمایش نشان داد که نور زمان عبور از دو شکاف، یک الگوی تداخل تشکیل می‌کند یعنی نوارهای روشن و تاریک متناوب شکل می‌دهد که همانند حرکت موجی است. بااین‌حال، اگر دانشمندان تلاش می‌کردند ببینند نور از کدام شکاف عبور می‌کند، الگوی تداخلی ناپدید می‌شد و نور یک دفعه همانند ذره حرکت می‌کرد.

این اتفاق گیج‌کننده یکی از اصول مهم مکانیک کوانتومی را نمایان می‌کند که می‌گوید: نور هم ذره است و هم موج، اما شما فقط می‌توانید یکی از این دو جنبه را در هر لحظه مشاهده کنید. این «دوگانگی موج-ذره» که به‌ظاهر متناقض است، پیشگامان اولیه کوانتوم را گیج کرده می بود.

این معمای کوانتومی به مناظره‌ای معروف بین اینشتین و بور در سال ۱۹۲۷ منجر شد.

اینشتین باور داشت که می‌تواند آزمایشی طراحی کند که در آن مسیر ذره‌ای نور و تداخل موجی را به‌طور هم‌زمان مشاهده کند. بور، با تکیه بر اصل عدم قطعیت، استدلال کرد که هر تلاشی برای اندازه‌گیری مسیر فوتون، ناگزیر آن را مختل کرده و الگوی تداخل را نابود خواهد کرد. طی دهه‌ها، نسخه‌های تعداد بسیاری از آزمایش دوشکاف دیدگاه بور را تایید کرده‌اند.

اما اکنون، فیزیک‌دانان موسسه فناوری ماساچوست به رهبری پروفسور ولفگانگ کترل، نسخه‌ای «ایده‌آل‌شده» از این آزمایش را اجرا کرده‌اند، و آن را به عمق کوانتومی‌اش برده‌اند.

به‌جای شکاف‌های فیزیکی، آن‌ها از اتم‌های بسیار سرد منفرد به‌گفتن «شکاف‌ها» منفعت گیری کردند.

این گروه بیشتر از ۱۰ هزار اتم را تا نزدیکی صفر مطلق سرد کردند و آن‌ها را با منفعت گیری از لیزرها در آرایشی دقیق و همانند به بلور چیدند. هر اتم در واقع یک شکاف منزوی و یکسان می بود. سپس آن‌ها یک پرتو نوری زیاد ضعیف تاباندند تا مطمعن حاصل کنند که هر اتم حداکثر یک فوتون پراکنده می‌کند.

دانشمندان فکر کردند که تنظیمات آن‌ها با منفعت گیری از اتم‌های منفرد که به‌دقت چیده شده‌اند می‌تواند به‌گفتن یک آزمایش دوشکاف کوچک‌شده عمل کند. با هدایت یک پرتو نور ضعیف به سمت اتم‌ها، آن‌ها توانستند مطالعه کنند که فوتون‌های منفرد چطور با دو اتم مجاور تعامل دارند، و این آشکار می‌کرد که آیا نور همانند موج حرکت می‌کند یا ذره.

کترل می‌گوید: آنچه ما انجام داده‌ایم را می‌توان به‌گفتن طوری تازه از آزمایش دوشکاف در نظر گرفت. این اتم‌های منفرد همانند کوچک‌ترین شکاف‌هایی می باشند که می‌توانید بسازید.

آخر مناظره

فیزیکدانان توانستند به‌دقت «محو بودن» این شکاف‌های اتمی را با تنظیم نور لیزری که آن‌ها را نگه می‌داشت، تنظیم کند. مقدار محو بودن این اتم‌ها بر مقدار اطلاعاتی که درموردٔ مسیر فوتون به‌دست می‌آمد تاثییر گذاشت. نتایج آن‌ها کاملا با نظریه کوانتوم مطابقت داشت و قاطعانه از بور جانب‌داری کرد.

آن‌ها یک رابطه روشن کشف کردند: هرچه مسیر فوتون با دقت بیشتری اشکار می‌شد الگوی تداخل موجی زیاد تر از بین می‌رفت. پژوهشگران مشاهده کردند که هر زمان که یک اتم با فوتونی که از کنار آن عبور می‌کرد دچار جابه‌جایی می‌شد، الگوی تداخل موجی تضعیف می‌شد. این تایید کرد که به‌دست آوردن اطلاعات درمورد مسیر فوتون، به‌طور خودکار ویژگی‌های موجی آن را از بین می‌برد.

این یافته‌ها به‌طور قطعی نشان دادند که اینشتین در این سناریوی خاص کوانتومی نادرست می‌کرد و حقیقت شگفت و شهودی‌ناپذیر کوانتومی را مجدد تایید کردند.