Közel 100 év után bizonyították be, hogy Einstein tévedett – ismét
A kvantummechanika különösségei már a 20. század elején megosztották a tudományos világot, és az egyik legismertebb szkeptikus éppen Albert Einstein volt. Einstein meggyőződése szerint a természet mélyén egy determinisztikus valóság húzódik meg, nem pedig véletlenszerűség. Egy új kísérlet azonban ismét azt mutatja, hogy ebben a kérdésben nem neki volt igaza.
A vita gyökerei 1927-ig, az ötödik Solvay-konferenciáig nyúlnak vissza, amely mérföldkőnek számított a modern fizika történetében. Itt került középpontba a komplementaritás elve, amely szerint a kvantumvilágban bizonyos tulajdonságpárok, például a részecske- és hullámjelleg, nem mérhetők meg egyszerre. Niels Bohr ezt a kvantummechanika alapkövének tartotta, míg Einstein szerint csupán egy hiányos magyarázat volt.
Einstein egy gondolatkísérlettel próbálta megcáfolni Bohr állítását, amelyhez a kvantumfizika egyik alapvető kísérletéből indult ki. Ez az úgynevezett kettős rés kísérlet, amelyben egy részecskenyalábot két apró nyíláson engednek át, majd megnézik, milyen mintázat jelenik meg a túloldalon. A meglepő eredmény az, hogy nem két csík rajzolódik ki, hanem egy hullámszerű interferenciakép, mintha a részecskék egyszerre több útvonalon is haladnának.
Einstein ezt a kísérletet gondolta tovább: elképzelése szerint az egyik nyílás mozgatható lenne, így meg lehetne figyelni, pontosan merre halad át rajta a részecske. Úgy vélte, ezzel egyszerre lehetne megállapítani a részecske útját, miközben a hullámszerű interferenciakép is megmaradna. Ez alapjaiban kérdőjelezte volna meg azt az elvet, amely szerint a kvantumvilágban nem lehet egyszerre pontos információnk egy részecske mozgásáról és hullámjellegéről. Bohr ezzel szemben azt állította, hogy maga a mérés tenné lehetetlenné az interferenciakép megfigyelését, mert a pontosabb megfigyelés szükségszerűen „elmossa” a hullámmintázatot.
Ezt a közel százéves vitát most egy korszerű, valódi kísérlet világította meg újra. Jian-Wei Pan és kutatócsoportja egy modern interferométer segítségével vizsgálta a kérdést. A kísérlet során a kutatók egyetlen rubídiumatomot fogtak meg és tartottak a levegőben erősen fókuszált fénnyel, mintha egy láthatatlan csipesszel emelnék fel. Ezután az atomot „összekapcsolták” egy fényszemcsével, vagyis úgy állították be a rendszert, hogy az atom állapota és a foton mozgása egymástól függjön. Amikor ez megtörtént, a fotont átküldték a két apró nyíláson, és megfigyelték, milyen mintázat alakul ki a túloldalon. Az eredmény egyértelmű volt: a rendszer pontosan úgy viselkedett, ahogyan Bohr korábban megjósolta, az interferenciakép a mérési körülmények miatt elmosódott – írja az IFLScience.
Bár a komplementaritást és a gondolatkísérletet korábban is tesztelték, ez az új felállás azért különösen jelentős, mert finoman hangolható. A kutatók szabályozni tudták, mennyire élesek vagy elmosódottak az interferenciacsíkok, teljes összhangban az elméleti várakozásokkal. A módszer nemcsak alapvető fizikai kérdésekre ad választ, hanem új lehetőségeket nyit a kvantum-összefonódás és a kvantumszámítógépek működésének vizsgálatában is.
Olvasd el ezt is!