A kvantumfizika történetének egyik legismertebb vitája közel száz év után kapott kísérleti megerősítést. A 1920-as években Albert Einstein és Niels Bohr élesen eltérő véleményen voltak arról, hogyan viselkedik a fény a legkisebb léptékeken. Most két egymástól független, modern kísérlet egyértelműen Bohr álláspontját igazolta, és ezzel új szintre emelte a kvantummechanika kísérleti bizonyosságát.
A vita lényege: részecske vagy hullám
A kérdés középpontjában az úgynevezett komplementaritás elve állt. Eszerint egy foton egyszerre képes részecskeként és hullámként viselkedni, ám a két tulajdonság nem figyelhető meg egy időben. Ha meg akarjuk tudni, merre haladt a foton, eltűnik a hullámszerű interferenciakép. Ha pedig az interferenciát vizsgáljuk, elveszítjük az információt az útvonaláról.
Einstein úgy gondolta, hogy egy kifinomult kettős réses kísérlettel mégiscsak megkerülhető ez a korlát. Bohr viszont azzal érvelt, hogy a kvantummechanika alapvető bizonytalansága miatt ez elvi szinten lehetetlen. A vita évtizedekig gondolatkísérletek szintjén maradt.
Modern technológia, régi kérdés
A fordulatot két, egymástól független kutatás hozta meg, amelyeket a Physical Review Letters folyóiratban publikáltak. Az egyik kísérletet az MIT kutatói végezték, Wolfgang Ketterle vezetésével. A tudósok az úgynevezett ideális kettős réses elrendezést valósították meg, ahol egyedi atomok működtek „résként”, és rendkívül gyenge fény segítségével biztosították, hogy egyszerre csak egyetlen foton lépjen kölcsönhatásba a rendszerrel.
Az eredmény világos volt: minél több információt nyertek a foton útvonaláról, annál inkább elhalványult az interferenciakép. A két tulajdonság között egyértelmű, fordított kapcsolat mutatkozott.
Ez is érdekelhet: Egy csapdával jár a világ legerősebb kvantumszámítógépe
Hasonló következtetés Kínában
Ettől függetlenül, de hasonló célból dolgoztak a kínai University of Science and Technology of China kutatói is. Ők egy rubídiumatomot rögzítettek optikai csapdával, majd lézerekkel és elektromágneses mezőkkel irányították annak kvantumállapotát. A fényt két irányba szórva szintén azt tapasztalták, hogy az útvonal-információ növekedése együtt jár a hullámszerű viselkedés gyengülésével.
Több mint egy régi vita lezárása
A kísérletek nem csupán Bohr álláspontját igazolták, hanem új lehetőségeket is megnyitottak. A kutatók szerint ezek a módszerek alkalmasak lehetnek a kvantumvilág kevésbé ismert folyamatait is feltárni, például a dekoherencia és az összefonódás kapcsolatát.
A kvantummechanika egyik alapkérdése így végre nemcsak elméleti, hanem kísérleti szinten is lezárult. Ami Einstein idejében még elképzelhetetlen volt, ma már precíz mérésekkel vizsgálható. Ez pedig jól mutatja, mennyit fejlődött a fizika az elmúlt száz évben.
