لم يكره ألبرت أينشتاين فهم نظرية الكم الشهيرة بأن الأشياء المادية ، بما في ذلك الضوء ، موجودة كجسيم وموجة ، وأنه لا يمكن ملاحظة هذا الازدواجية في وقت واحد. لكن التكرار الجديد البسيط لتجربة الكم التأسيسية يوفر الأدلة الأكثر قسوة ومباشرة حتى الآن على أن أينشتاين ربما كان مخطئًا.
في ورقة حديثة ل رسائل المراجعة البدنية، قام علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتكرار التجربة المزدوجة على النطاق الذري ، مما يسمح بمستوى غير مسبوق من الدقة التجريبية. من خلال استخدام ذرات Supercold كـ “شقوق” لتمرير الضوء ، أكد الفريق أن ثنائية الجسيمات الموجية للضوء-بكل خصائصها المتناقضة-تتمثل حتى في المقاييس الكمومية الأساسية.
ال تجربة مزدوجة، الذي قام به الفيزيائي البريطاني توماس يونغ لأول مرة في عام 1801 ، يوضح الطبيعة المزدوجة للضوء في العالم الكمومي. عندما تشرق شعاعًا من الضوء – “الجسيمات” فيوتون بعد مسار مباشر – من خلال شعيتين متوازيين على الشاشة ، فإن ما يظهر على الجانب الآخر هو نمط تداخل يشبه اتحاد تموجين في بركة ، مثل “موجة”. ولكن إذا حاولت التقاط هذا الانتقال الغامض في العمل من خلال النظر إلى الشق ، فإنك تفقد نمط التداخل.
أشار نيلز بوهر ، خصم آينشتاين الرئيسي في هذا النقاش ، إلى هذه النتيجة كـ التكامل، فكرة أنه من المستحيل قياس الخصائص التكميلية لنظام الكم في وقت واحد. لكن آينشتاين تظاهر أنه إذا تم ضرب شق ورقي في مكانه في الربيع بالضوء ، فإن الفوتونات الفردية ستهز الربيع بطريقة تشبه الجسيمات. بهذه الطريقة ، نحن استطاع التمسك بازدواج الضوء في العمل.
لاختبار هذه الفرضية ، قام فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتجريد إعداده التجريبي إلى مقياس الذرات المفردة ، والذي تبريده إلى درجات حرارة microkelvin (للسياق ، يعادل كلفن واحد -460 درجة فهرنهايت أو -272 درجة مئوية). استخدموا الليزر لترتيب أكثر من 10000 ذرات في تكوين أنيق يشبه البلورة. سمحت هذه البيئة التي يتم التحكم فيها بدرجة عالية للباحثين بضبط “غموض” كل ذرة ، أو يقين من موقعها. ببساطة ، تزيد الذرة الضبابية من احتمال أن يظهر الفوتون الذي يمر عبره سلوكًا يشبه الجسيمات.
“هذه الذرات الفردية تشبه أصغر الشقوق التي يمكن أن تبنيها” ، أوضح فولفغانغ كيتترل ، مؤلف الدراسة ، إلى أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. من خلال قصف “الشقوق” الذرية مرارًا وتكرارًا مع الفوتونات ، تمكن Ketterle ، وهو الحائز على جائزة نوبل عام 2001 ، وفريقه من تسجيل نمط الحيود من الفوتونات التي تنتشر على الشقوق الذرية.
ما وجدوه ، مما لا يثير الدهشة ، هو أن بور كان صحيحًا. كلما زاد تكبيرهم على مسار الفوتون الفردي ، أصبح نمط الحيود الأضعف ، مما يؤكد أننا لا نستطيع مراقبة الضوء كموجة وجسيم في وقت واحد. كما حاولوا إيقاف الليزر الذي يحمل الذرات في مكانه – “الربيع” لإعدادهم. حتى ذلك الحين ، كان من المستحيل تتبع مسار الفوتون دون تعطيل نمط التداخل الشبيه بالموجة.
“في العديد من الأوصاف ، تلعب الينابيع دورًا رئيسيًا. لكننا نظهر ، لا ، أن الينابيع لا تهم هنا ؛ ما يهم هو مجرد غموض الذرات” ، أوضح فيتالي فيدوسيف ، المؤلف الرئيسي للدراسة ، أيضًا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. “لذلك ، يتعين على المرء أن يستخدم وصفًا أكثر عمقًا (مثل تكامل Bohr) ، والذي يستخدم الارتباطات الكمومية بين الفوتونات والذرات.”
يتهم أينشتاين في بعض الأحيان بكره فيزياء الكم. هذا ليس صحيحا بالضرورة. يعتقد آينشتاين أن نظرية الكم تحتاج إلى مزيد من العمل ، خاصة فيما يتعلق باعتمادها على العشوائية– لكنه لم يرفض أبدًا صلاحيته تمامًا. كما كتب في أ رسالة مشهورة بالنسبة إلى الفيزيائي ماكس ، الميكانيكا الكمومية ، “بالتأكيد تفرض” ، لكن غريزته هي أنها “ليس الشيء الحقيقي … (الله) لا يلعب النرد”.
كان لدى أينشتاين الكثير من الأسئلة حول ميكانيكا الكم ، والتي لا يزال الكثير منها دون إجابة. وبما أن نقاش أينشتاين-بوهر-واكتشاف معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الجديد-، فإن التحديات الصارمة والاستفزازية لما يأخذه الفيزيائيون أمرا مفروغين منه يواصلون تعزيز فهمنا للعالم الغريب والمتوافق لميكانيكا الكم.