Результаты эксперимента подтвердили правоту Нильса Бора (Niels Bohr) в его споре с Альбертом Эйнштейном (Albert Einstein) о двойственной природе света.
Физики Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) провели самую точную на сегодняшний день версию знаменитого мысленного эксперимента с частицей света и двумя щелями. Исследователи использовали более 10 000 атомов, охлажденных до микрокельвиновых температур, в качестве щелей и слабые пучки света так, чтобы каждый атом рассеивал не более одного фотона.
В 1927 году между Эйнштейном и Бором разгорелся спор о природе света. Эйнштейн утверждал, что фотонная частица должна проходить только через одну из двух щелей и при этом создавать на этой щели небольшую силу, подобно тому, как птица, пролетая мимо, шуршит листом. Он предположил, что можно обнаружить такую силу, наблюдая интерференционную картину, и тем самым попытаться одновременно зафиксировать как корпускулярную, так и волновую природу света. В ответ Бор применил квантово-механический принцип неопределенности и показал, что определение траектории фотона размывает интерференционную картину.
Ученые MIT создали кристаллоподобную решетку из замороженных атомов, используя массив лазерных лучей. В такой конфигурации каждый атом находится достаточно далеко от другого, чтобы каждый из них можно было фактически считать отдельным, изолированным и идентичным атомом. Подготавливая атомы в различных квантовых состояниях, исследователи смогли модифицировать информацию, которую атомы получали о пути фотонов.
Команда обнаружила, что чем больше информации было получено о пути света (то есть его корпускулярной природе), тем хуже была видимость интерференционной картины. Всякий раз, когда атом «шевелился» под действием проходящего фотона, интерференция волн уменьшалась, что подтверждало правоту Бора и ошибочность предположений Эйнштейна.
Исследователи провели эксперимент без использования «пружин», которые в предыдущих реализациях эксперимента играли роль детекторов движения фотонов. Они выключали лазер, удерживающий атомы на месте, и проводили измерения в течение миллионной доли секунды, пока атомы парили в свободном пространстве. Даже в этом сценарии наблюдать волновую и корпускулярную природу света одновременно оказалось невозможно.
«Эйнштейн и Бор никогда бы не подумали, что это возможно — провести такой эксперимент с отдельными атомами и отдельными фотонами. То, что мы сделали, — это идеализированный мысленный эксперимент», — говорит Вольфганг Кеттерле, профессор физики и руководитель исследования.
Оригинальная цитата: «Einstein and Bohr would have never thought that this is possible, to perform such an experiment with single atoms and single photons. What we have done is an idealized Gedanken experiment.”
Читать далее:
Назван возраст, после которого организм начинает стремительно стареть
Систему оплаты по лицу внедрили в метро Ташкента
Астрономы нашли уникальную галактику: она подтверждает теорию о Вселенной
Иллюстрация на обложке: Courtesy of the researchers, MIT