فیزیکدانان دانشگاه MIT با استفاده از ۱۰ هزار اتم فوقسرد و فناوریهای پیشرفتهی لیزری، به طور قطعی نظریه نیلز بور را درباره ماهیت نور تأیید و دیدگاه آلبرت اینشتین را رد کردند.
به گزارش تکناک، این تیم پژوهشی با اجرای دقیقترین نسخه آزمایش «دو شکاف»، به مناقشهای ۹۸ ساله میان این دو غول فیزیک کوانتوم، درباره ماهیت نور پایان دادند.
ماهیت واقعی نور، یکی از پرسشهای بنیادین فیزیک مدرن است. آیا نور موجی است که مانند امواج آب در فضا گسترش مییابد؟ یا مجموعهای از ذرات بسیار کوچک است که همانند گلولههای رنگی در فضا حرکت میکنند؟ این پرسش در آزمایش معروف «دو شکاف» مطرح میشود؛ آزمایشی که نشان میدهد نور هم ویژگی موجی دارد و هم ویژگی ذرهای، اما هر دو را نمیتوان به طور همزمان مشاهده کرد.
این دوگانگی که پایهگذار بسیاری از مفاهیم مکانیک کوانتومی است، از اوایل قرن بیستم محل بحث و جدل میان دانشمندان بوده است. اینشتین در سال ۱۹۲۷، تلاش کرد امکان مشاهده همزمان مسیر ذرهای و الگوی موجی نور را اثبات کند، اما نیلز بور با استناد به اصل عدم قطعیت، آن را غیرممکن دانست. طی یک قرن گذشته، آزمایشهای مختلف به طور ضمنی نظر بور را تأیید کرده بودند، اما هیچیک نتوانسته بود به طور قطعی این مسئله را حل کند.
تیم پژوهشی MIT به رهبری پروفسور Wolfgang Ketterle، برنده نوبل فیزیک، موفق شد پیشرفتهترین و ایدئالترین نسخه این آزمایش را اجرا کند. آنها بهجای شکافهای فیزیکی، از آرایش منظمی از ۱۰ هزار اتم فوقسرد بهره بردند، که در دمای نزدیک به صفر مطلق با استفاده از لیزرها در یک شبکه بلورین ثابت نگه داشته میشدند.
هر اتم در این آرایش مانند یک «شکاف» منفرد و کاملاً یکتا عمل میکرد. پژوهشگران سپس پرتوی نوری بسیار ضعیف به این ساختار تاباندند تا اطمینان حاصل شود که هر اتم در نهایت فقط یک فوتون را پراکنده میکند. این طراحی امکان بررسی دقیق واکنش نور در مقیاس کوانتومی را فراهم ساخت.
تیم MIT با تنظیم شدت لیزرهای نگهدارنده، موفق شد میزان «ناواضحی» موقعیت اتمها را کنترل کند. این تغییرات به صورت مستقیم بر میزان اطلاعات قابل دستیابی درباره مسیر فوتون تأثیر میگذاشت. یافتهها نشان داد که هرچه موقعیت فوتون دقیقتر تعیین شود و رفتار ذرهای آن بیشتر مشهود گردد، الگوی تداخل موجی به طور کامل از بین میرود.
همچنین دانشمندان مشاهده کردند که هر بار فوتون از کنار یک اتم عبور کرد و با آن برهمکنش داشت، الگوی موجی تضعیف میشد. این پدیده بهروشنی تأیید کرد که کسب اطلاعات درباره مسیر نور، ویژگیهای موجی آن را از بین میبرد؛ درست همانگونه که نیلز بور پیشبینی کرده بود.
این نتایج بار دیگر واقعیت عجیب و غیرقابلدرک دنیای کوانتوم را به نمایش گذاشتند. در بیانیه رسمی پژوهشگران MIT آمده است: «نور همانند Superman دو هویت دارد، که هر دو را نمیتوان همزمان مشاهده کرد.»
در نهایت، این آزمایش بیسابقه نهتنها دیدگاه اینشتین را در این سناریوی خاص رد کرد، بلکه یکی از اساسیترین مباحث علم فیزیک را به طور قطعی حل کرد. فیزیکدانان اکنون میتوانند با اطمینان بیشتری، به تبیین و توسعه نظریههای کوانتومی بپردازند.
