Ljus... är det en partikel eller en våg? Vilken grundläggande mekanik styr beteendet hos den? Och viktigast av allt, ändrar blotta observationshandlingen detta beteende? Detta är den gåta som kvantfysiker har undrat över i många århundraden, ända sedan fotonvågsmekanik teoretiserades och dubbelslitsexperimentet först genomfördes.
Även känt som Youngs experiment, detta involverade partikelstrålar eller koherenta vågor som passerade genom två tätt belägna slitsar, vars syfte var att mäta de resulterande effekterna på en skärm bakom dem. Inom kvantmekaniken visade dubbelslitsexperimentet oskiljbarheten hos ljusets och andra kvantpartiklars våg- och partikelnatur.
The Double Slit Experiment genomfördes första gången av Thomas Young redan 1803, även om Sir Isaac Newton sägs ha utfört ett liknande experiment på sin egen tid. Under de ursprungliga experimenten lyste Newton ljus på ett litet hår, medan Young använde en kort med en slits inskuren. På senare tid har forskare använt en punktljuskälla för att belysa en tunn platta med två parallella slitsar, och ljuset som passerar genom slitsarna träffar en skärm bakom dem.
Med utgångspunkt i klassisk partikelteori borde resultaten av experimentet ha motsvarat slitsarna, varvid nedslagen på skärmen uppträdde i två vertikala linjer. Så var dock inte fallet. Resultaten visade i många fall ett mönster av interferens, något som bara kunde uppstå om vågmönster hade varit inblandade.
Klassiska partiklar interfererar inte med varandra; de bara kolliderar. Om klassiska partiklar avfyras i en rak linje genom en slits kommer de alla att träffa skärmen i ett mönster av samma storlek och form som slitsen. Där det finns två öppna slitsar blir det resulterande mönstret helt enkelt summan av de två enslitsmönstren (två vertikala linjer). Men gång på gång visade experimentet att de koherenta ljusstrålarna störde och skapade ett mönster av ljusa och mörka band på skärmen.
Banden på skärmen visade sig dock alltid absorberas som om de var sammansatta av diskreta partiklar (aka. fotoner). För att göra saken ännu mer förvirrande, sattes mätanordningar på plats för att observera fotonerna när de passerade genom slitsarna. När detta var gjort dök fotonerna upp i form av partiklar och deras nedslag på skärmen motsvarade slitsarna, små partikelstora fläckar fördelade i raka vertikala linjer.
Genom att placera en observationsanordning på plats kollapsade fotonernas vågfunktion och ljuset betedde sig som klassiska partiklar igen! Detta kunde bara lösas genom att hävda att ljus beter sig som både en partikel och en våg, och att observation av dem gör att utbudet av beteendemöjligheter minskar till den punkt där deras beteende återigen blir förutsägbart.
Double Slit-experimentet gav inte bara upphov till partikelvågsteorin om fotoner, det gjorde också forskare medvetna om kvantmekanikens otroliga, förvirrande värld, där ingenting är förutsägbart, allt är relativt och observatören inte längre är ett passivt subjekt. , men en aktiv deltagare med makt att förändra resultatet. För en animerad demonstration av Double Slit-experimentet, klicka här.
Vi har skrivit många artiklar om Double Slit Experiment for Universe Today. Här är en forumdiskussion om ett hemmagjort experiment med dubbelslits, och här är en artikel om våg-partikeldualiteten.
Om du vill ha mer information om dubbelslitsexperimentet, kolla in dessa artiklar från Physorg.com och Space.com .
Vi har också spelat in ett helt avsnitt av Astronomy Cast som handlar om kvantmekanik. Lyssna nu, Avsnitt 138: Quantum Mechanics .
