Світло ... це частинка чи хвиля? Яка фундаментальна механіка керує поведінкою? І найголовніше, чи змінює сам такий спосіб спостереження цю поведінку? Це квантові фізики спантеличують протягом багатьох століть, з тих пір, як теорія механіки фотонів була теоретизована і вперше був проведений експеримент подвійної щілини.
Також відомий як експеримент Янга, він включав пучки частинок або когерентні хвилі, що проходили через дві щільно розташовані щілини, метою яких було вимірювання наслідків впливу на екран за ними. У квантовій механіці експеримент з подвійною щілиною продемонстрував нероздільність хвиль і природи частинок світла та інших квантових частинок.
Експеримент з подвійною щілиною вперше провів Томас Янг у 1803 році, хоча, як кажуть, сер Ісаак Ньютон у свій час проводив подібний експеримент. Під час оригінальних експериментів Ньютон просвічував світло на маленькому волоссі, тоді як Янг використовував шматочок картки з прорізаною щілиною. Зовсім недавно вчені використовували точкове джерело світла для освітлення тонкої пластини з двома паралельними прорізами, а світло, що проходить через щілини, вражає екран за ними.
Спираючись на класичну теорію частинок, результати експерименту повинні були відповідати щілинам, впливи на екран яких з'являлися у двох вертикальних лініях. Однак це було не так. Результати показали в багатьох обставинах схему перешкод, яка може статися лише за участі хвильових моделей.
Класичні частинки не заважають одна одній; вони просто стикаються. Якщо класичні частинки вистрілюються по прямій лінії через щілину, всі вони наносять удари по екрану такого ж розміру та форми, що і щілина. Там, де є дві відкриті прорізи, отриманий візерунок буде просто сумою двох одношарових візерунків (двох вертикальних ліній). Але знову і знову експеримент демонстрував, що когерентні промені світла заважають, створюючи на екрані візерунок яскравих і темних смуг.
Однак смуги на екрані завжди були поглинені так, ніби вони складалися з дискретних частинок (ака. Фотонів). Щоб зробити речі ще більш заплутаними, були встановлені вимірювальні прилади для спостереження за фотонами, які проходили через прорізи. Коли це було зроблено, фотони з'явилися у вигляді частинок, а їх вплив на екран відповідав щілинам, крихітним плям розміром з частинки, розподіленими прямими вертикальними лініями.
Поставивши на місце спостережний пристрій, хвильова функція фотонів зруйнувалася, і світло знову поводився як класичні частинки! Це можна було б вирішити, лише стверджуючи, що світло поводиться як частинка, так і хвиля, і що спостереження за ними призводить до того, що діапазон поведінкових можливостей звузиться до тієї точки, коли їх поведінка знову стане передбачуваною.
Експеримент з подвійною щілиною не тільки породив теорію частинок-хвиль фотонів, він також дав зрозуміти вченим про неймовірний, заплутаний світ квантової механіки, де нічого не можна передбачити, все відносно, і спостерігач вже не є пасивним суб'єктом , але активний учасник, який може змінити результат. Для анімованої демонстрації експерименту "Подвійний проріз" натисніть тут.
Ми написали багато статей про експеримент "Подвійний проріз" для космічного журналу. Ось форумна дискусія про саморобний експеримент з подвійною щілиною, і ось стаття про подвійність хвильових частинок.
Якщо вам потрібна додаткова інформація про експеримент з подвійною щілиною, перегляньте ці статті на Physorg.com та Space.com.
Ми також записали цілий епізод астрономічної ролі про квантову механіку. Слухайте тут, Епізод 138: Квантова механіка.
