Светлина... частица ли е или вълна? Каква основна механика управлява неговото поведение? И най-важното, променя ли самото наблюдение това поведение? Това е загадката, която квантовите физици озадачават в продължение на много векове, откакто механиката на фотонните вълни беше теоретизирана и експериментът с двоен процеп беше проведен за първи път.
Известен също като експеримент на Йънг, това включваше лъчи на частици или кохерентни вълни, преминаващи през два близко разположени процепа, чиято цел беше да се измери получените въздействия върху екран зад тях. В квантовата механика експериментът с двоен процеп демонстрира неразделността на вълновата и частицовата природа на светлината и други квантови частици.
Експериментът с двоен процеп е проведен за първи път от Томас Йънг през 1803 г., въпреки че се казва, че сър Исак Нютон е извършил подобен експеримент в своето време. По време на първоначалните експерименти Нютон осветяваше малка коса, докато Йънг използва листче с процеп, изрязан в него. Съвсем наскоро учените използваха точков източник на светлина, за да осветят тънка плоча с два успоредни процепа и светлината, преминаваща през процепите, удря екран зад тях.
Позовавайки се на класическата теория на частиците, резултатите от експеримента трябваше да съответстват на процепите, като ударите върху екрана се появяват в две вертикални линии. Това обаче не беше така. Резултатите показаха при много обстоятелства модел на интерференция, нещо, което би могло да възникне само ако бяха включени вълнови модели.
Класическите частици не си пречат един на друг; те просто се сблъскват. Ако класическите частици се изстрелват по права линия през процеп, всички те ще ударят екрана в модел със същия размер и форма като прореза. Когато има два отворени процепа, полученият модел ще бъде просто сумата от двата модела с един процеп (две вертикални линии). Но отново и отново експериментът демонстрира, че кохерентните лъчи светлина се намесват, създавайки модел от ярки и тъмни ленти на екрана.
Въпреки това, лентите на екрана винаги са били погълнати, сякаш са съставени от дискретни частици (известни още като фотони). За да направят нещата още по-объркващи, бяха поставени измервателни устройства, за да наблюдават фотоните, докато преминават през процепите. Когато това беше направено, фотоните се появиха под формата на частици и ударите им върху екрана съответстваха на процепите, малки петна с размер на частици, разпределени в прави вертикални линии.
Чрез поставянето на устройство за наблюдение на място, вълновата функция на фотоните се срива и светлината отново се държеше като класически частици! Това може да бъде разрешено само като се твърди, че светлината се държи едновременно като частица и вълна и че тяхното наблюдение води до стесняване на спектъра от поведенчески възможности до точката, в която тяхното поведение става предсказуемо отново.
Експериментът с двойния процеп не само доведе до теорията на частиците и вълните на фотоните, но също така накара учените да осъзнаят невероятния, объркващ свят на квантовата механика, където нищо не е предвидимо, всичко е относително и наблюдателят вече не е пасивен субект , но активен участник със силата да промени резултата. За анимирана демонстрация на експеримента Double Slit, щракнете тук.
Написахме много статии за експеримента с двоен процеп за Universe Today. Ето дискусия във форума за домашно приготвен експеримент с двоен процеп, а ето и статия за дуалността вълна-частица.
Ако искате повече информация за експеримента с двоен прорез, вижте тези статии от Physorg.com и Space.com .
Записахме и цял епизод на Astronomy Cast за квантовата механика. Слушай тук, Епизод 138: Квантова механика .
