Einstein yanlış mıydı? 'İdealize' Çift İndirim Deneyi yaklaşık 100 yıllık tartışmayı sona erdirir

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) Bilim Adamları çift ölümcül deneyışığı göstermek hem bir parçacık hem de bir dalgatemel bir bileşeni kuantum fiziğiorijinal testin sonuçlarını doğruladı ve ünlü bilim adamından ışığın ikili doğası hakkında ilgili bir teklifin olduğunu kanıtladı Albert Einstein yanlıştı.

MIT ekibi, kuantum fiziğinin doğumundan bir asır sonra ileri 21. yüzyıl teknolojisini kullanma yeteneğinin, sadece iki yıl sonra meydana gelen Einstein ve fizikçi Niels Bohr arasındaki anlaşmazlığı çözdüğünü, keşfi tesadüfi ve biraz daha tatmin edici hale getirdiğini belirtti.

Çalışma ortak yazarı Yoo Kyung Lee, “Kuantum fiziğini kutladığımız yılda bu tarihi tartışmayı netleştirmeye yardımcı olabilmemiz harika bir tesadüf” dedi.

Adından da anlaşılacağı gibi, ilk olarak 1801'de İngiliz bilgin Thomas Young tarafından Light'ın dalgalı benzeri doğasını göstermek için tasarlanan orijinal çift katlı deney, bir çift yarıktan bir ışık yanıp sönmeyi ve diğer tarafta bir ekranda oluşturdukları kalıpları gözlemlemeyi içeriyordu. Kuantum fiziği 124 yıl daha resmi olarak tanımlanmasa da, bu erken gösteriler kritik bileşenlerinden birini kanıtladı: ışığın ikili doğası.

Spesifik olarak, bu deneyler ışığın hem bir parçacık hem de bir dalga olarak var olduğunu gösterdi, çünkü çift yarıklardan geçen ışık, bir dalga olduğunu gösteren bir girişim paterni adı verilen alternatif bir ışık ve koyu çizgiler deseni olarak ortaya çıkıyor. Kişi ışığın hangi yarık geçtiğini belirlemeye çalıştığında, parazit olarak ışığı ortaya çıkarır.

Çift ölümcül deney, ışığın ikili doğasının başka bir şaşırtıcı yönünü de ortaya koydu. Işık bir parçacık ya da dalga olarak var olsa da, aynı anda her ikisi gibi gözlemlenemez. A'ya göre ifade Yeni, idealize edilmiş deneyleri duyurmak, parçacık formunda ışık görmek dalgalı benzeri doğasını anında gizler. Tersine, ışık bir dalga olarak gözlemlendiğinde, parçacık doğası anında gizlenir.

Kuantum fiziğinin altında yatan temel kavramların çoğu, 20. yüzyılın başlarında bilim adamları için mevcut araçlarla test edilemez olduğundan, ışığın ikili doğasının değişmezliği bir tartışma noktasıydı. 1927'de Einstein, bir yarıktan geçen bir fotonun, ona küçük bir momentum geri tepmesi sağlayacağını önerdi - geçtikçe uçarken yaprakları karıştıran bir kuşa. Böyle bir geri tepme, parazit paternini yok etmeden ölçülebildiyse, ışığın dalgasının ve partikül özelliklerinin aynı anda gözlemlenebileceğini düşündürür.

Bunu göstermek için Einstein, yarıkların son derece hassas yaylar tarafından desteklendiği teorik bir deney önerdi. Eğer fikri doğruysa, bir foton bir yarıktan geçtiğinde, hassas yaylar, fotonun geçişi nedeniyle yarık üzerinde hareket eden küçük kuvveti tespit eder ve bir parçacık olduğunu gösterir. Eğer bir dalga olduğunu gösteren parazit paterni de gözlenirse, ışığın ikili doğası aynı anda ortaya çıkacaktır.

Bohr, belirsizlik ilkesi olarak bilinen kuantum fiziği kavramına dayanarak Einstein'ın önerisine hemen katılmadı. Bohr'un yorumuna göre, sadece parçacığın yolunu yaylarla tespit etme eylemi, parazit paternini “yıkayacak” ve ışığı sadece bir parçacık olarak ortaya çıkaracaktır. Bu kadar iyi bir farkı test etme teknolojisi o zaman mevcut olmadığından, argüman yaklaşık 100 yıldır çözülmedi.

Einstein'ın önerilen parçacık kuvvetini ve ışığın dalgalı doğasını aynı anda tespit edebilen çift yarık deneyinin idealize edilmiş versiyonunu oluşturmak için Lee ve meslektaşları, Microkelvin sıcaklıklarına soğutulmuş 10.000'den fazla atomu kullandılar. Daha sonra uzaydaki atomları askıya almak ve daha sonra bunları eşit aralıklı, kristal benzeri bir kafes konfigürasyonuna dönüştürmek için bir lazer dizisi kullandılar. Ekip, bu mimarinin bitişik atom çiftlerinin idealize edilmiş yarıklar olarak hareket etmesini sağladığını ve 10.000'den fazla atom kullanmanın sadece tek bir atom veya çiftle karşılaştırıldığında sinyal-gürültü oranını önemli ölçüde geliştirdiğini belirtti.

Önceki ilgisiz deneylere dayanarak, ekip, askıya alınmış, 10.000 atom kafeslerinden “zayıf” bir ışığı parlatırlarsa, iki bitişik atomdan bir parçacık veya dalga olarak tek bir foton dağılabileceğinden şüphelendi. John D. MacArthur Fizik Profesörü ve MIT ekibinin lideri Wolfgang Ketterle, bu kurulumun kuantum seviyesinde çalışan çok hassas olan geleneksel çift katlı deneyin idealize bir varyantı olarak görülebileceğini söyledi.

Profesör Ketterle, “Bu tek atomlar, inşa edebileceğiniz en küçük yarıklar gibi” dedi.

Einstein'ın fikrini test etmeden önce, ekip fotonların yarısı parçacıklar ve yarısı dalgalar olarak gözlemlenene kadar aparatı “ayarladı”. Bu ekip, bu ayar yönteminin bireysel bir atomun “bulanıklığını” ya da konumunun kesinliğini ayarladığını söyledi. Einstein'ın teorik yaylarının hassasiyetini ayarlamaya benzer olduğunu söyledikleri, lazer ışığının askıya alınmış atomlar üzerindeki tutulmasını sıkarak veya gevşeterek, atomlar az ya da çok “mekansal olarak geniş” hale geldikçe bu bulanıklık arttı veya azaldı.

Doğru dengeyi elde ettikten sonra, ekip kimin doğru olduğunu belirlemek için tasarlanmış idealize çift ölümcül deneylerinin birkaç koşusunu gerçekleştirdi, Einstein veya Bohr. Atomları yerinde tutan “yay benzeri” süspansiyon lazerleri kapatıldığında, atomlar “daha bulanık” hale geldi ve yerçekimi nedeniyle hızla düştü. Düşmeden önce bir saniyenin milyonunda, atomlar esasen “boş alanda” yüzerken, ekip bunları ölçmek için son derece hassas araçlar kullandı. Bohr'un tahmin ettiği gibi, kişi bir fotonun dalga benzeri doğasını veya parçacık doğasını gözlemleyebilir, ancak aynı anda ikisini de 'göremedi'.

Çalışmanın ilk yazarı Vitaly Fedoseev, Einstein'ın yanlış ve Bohr'un doğru olduğunu kanıtlayarak, atomların bulanıklığının önemli olduğunu ve yayların “önemli olmadığını” gösterdiklerini söyledi. Sonuç olarak, Fedoseev, “Fotonlar ve atomlar arasında kuantum korelasyonlarını kullanan daha derin bir açıklama kullanmalıdır” dedi.

İfadenin sonucunda Ketterle, “idealize edilmiş bir Gedanken deneyi” yaratarak, bir kez daha ışığın ikili doğasını gösterdiklerini söyledi. Daha da önemlisi, MIT ekibinin deneyleri, tartışan vizyonerleri neredeyse kesinlikle etkileyeceğine inandıkları tek atomları ve tek fotonları kullanarak yaklaşık 100 yıllık bir tartışmayı çözdü.

Ketterle, “Einstein ve Bohr bunun mümkün olduğunu hiç düşünmezlerdi” dedi.

Çalışma, "Tek atomlu dalga paketleri ile tutarlı ve tutarsız ışık saçılması” Fiziksel İnceleme Mektupları.

Christopher Plain, Debrief'te bir bilim kurgu ve fantezi romancı ve baş bilimi yazarıdır. Onu takip edin ve onunla bağlantı kur X- Kitapları hakkında bilgi edinin plainfiction.comveya doğrudan ona e -posta gönderin [email protected].