O veche dispută între Albert Einstein și Niels Bohr, în sfârșit rezolvată. Cine a greșit?

Cercetătorii i-au pus capăt unei vechi dispute dintre Einstein și Bohr. Oamenii de știință s-au confruntat mult timp cu o întrebare fundamentală: ce este lumina?

Este o undă, care se propagă asemenea valurilor pe apă? Sau este alcătuită din particule minuscule, ca niște proiectile microscopice care zboară prin spațiu?

• Test de cultură generală. De ce Luna pare mai mare atunci când se află la orizont?
• Straniu și „extraterestru”: suprafața planetei Marte pe timp de noapte, văzută prin ochii roverului Curiosity

Cercetătorii MIT i-au pus capăt unei vechi dispute dintre Einstein și Bohr. Această dilemă stă la baza celebrului experiment cu două fante, care a demonstrat că lumina are o natură duală. Recent, fizicienii de la MIT au realizat o versiune extrem de precisă a acestui experiment, la nivel atomic, și, surprinzător, au reușit să rezolve o dezbatere veche de aproape un secol dintre doi giganți ai fizicii: Albert Einstein și Niels Bohr.

„Fizicienii de la MIT confirmă că, la fel ca Superman, lumina are două identități, dar nu le poți vedea niciodată în același timp”, au declarat cercetătorii. Experimentul cu fante, inițial realizat de Thomas Young în 1801, a devenit un pilon central al mecanicii cuantice. El arată că lumina se comportă atât ca undă, cât și ca particulă, dar niciodată ca ambele în același timp, explică Interesting Engineering.

Cum i s-a pus capăt unei vechi dispute dintre Einstein și Bohr?

Inițial, experimentul arăta că, atunci când lumina trece prin două fante, se creează un model de interferență, dungi luminoase și întunecate, semn că lumina se comportă ca o undă. Însă dacă cercetătorii încercau să observe prin ce fantă trece lumina, modelul de interferență dispărea, iar lumina se comporta ca o particulă.

Acest paradox aparent, numit dualitatea undă-particulă, i-a nedumerit pe pionierii fizicii cuantice. În 1927, a avut loc o celebră dezbatere între Einstein și Bohr. Einstein credea că se poate concepe un experiment care să arate simultan ambele comportamente ale luminii. Bohr, bazându-se pe principiul incertitudinii, susținea că orice tentativă de a măsura traiectoria fotonului va perturba sistemul și va distruge interferența.

Zeci de ani de experimente au confirmat viziunea lui Bohr. Dar acum, echipa de la MIT, condusă de profesorul Wolfgang Ketterle, a realizat cea mai pură și „idealizată” versiune a acestui experiment, ducându-l direct la esența sa cuantică.

Cine a avut dreptate?

În loc de fante fizice, cercetătorii au folosit atomi ultrareci individuali. Au răcit peste 10.000 de atomi aproape de zero absolut și i-au aranjat într-o rețea cristalină folosind lasere. Fiecare atom a devenit, practic, o „fantă” unică și perfect controlată.

Apoi au direcționat un fascicul extrem de slab de lumină asupra acestor atomi, astfel încât fiecare atom să poată interacționa cu maximum un foton. Scopul era să vadă cum reacționează lumina la doi atomi apropiați, comportându-se ca undă sau ca particulă.

„Ceea ce am făcut noi poate fi considerat o nouă variantă a experimentului cu două fante. Acești atomi individuali sunt cele mai mici fante pe care le-ai putea construi vreodată”, a explicat Ketterle.

Echipa a putut ajusta cu precizie gradul de „neclaritate” al fantelor atomice prin modificarea intensității laserelor. Cu cât poziția atomilor era mai precisă, cu atât era mai clară informația despre drumul fotonului și, în mod direct, cu atât mai slab era modelul de interferență.

Einstein a greșit

Rezultatele au confirmat teoria cuantică și i-au dat dreptate clară lui Bohr. Cercetătorii au descoperit o relație directă: cu cât se cunoaște mai bine calea fotonului (comportament de particulă), cu atât interferența undelor (comportament de undă) se estompează.

De fiecare dată când un atom era „atins” de un foton, modelul de interferență slăbea. Asta dovedește că obținerea de informații despre traiectoria fotonului șterge comportamentul său de undă.

Concluzia? În acest caz, Einstein a greșit, iar natura ciudată și contraintuitivă a realității cuantice este reconfirmată.

Studiul a fost publicat în revista Physical Review Letters.

Vă recomandăm să citiți și:

De la carbon la dulciuri: Cercetătorii chinezi transformă CO2 în zahăr

Un burete 3D imprimat transformă apa sărată în apă potabilă doar cu ajutorul soarelui

Pentru prima dată, cercetătorii de la Large Hadron Collider desfășoară coliziuni cu oxigen

O „piele” nouă permite roboților să simtă de la atingeri, până la răni adânci