Lys ... er det en partikkel eller en bølge? Hvilken grunnleggende mekanikk styrer oppførselen til den? Og viktigst av alt, er det bare å observere denne oppførselen? Dette er conundrum kvantefysikere har vært forundret over i mange århundrer, helt siden fotonbølgemekanikk ble teoretisert og Double Slit-eksperimentet ble første gang utført.
Dette er også kjent som Youngs eksperiment, og involverte partikkelstråler eller sammenhengende bølger som passerte gjennom to tett innbyrdes avstander, hvis formål var å måle de resulterende påvirkningene på en skjerm bak dem. I kvantemekanikk demonstrerte det dobbeltslitte eksperimentet uadskilleligheten av bølgen og partikkelnaturen til lys og andre kvantepartikler.
Double Slit Experiment ble første gang dirigert av Thomas Young i 1803, selv om Sir Isaac Newton sies å ha utført et lignende eksperiment på sin egen tid. Under de originale eksperimentene lyste Newton lys på et lite hår, mens Young brukte en kortslip med en spalte i det. Nyere har forskere brukt en punktlyskilde for å belyse en tynn plate med to parallelle spalter, og lyset som passerer gjennom spaltene treffer en skjerm bak seg.
Med å stole på klassisk partikkelteori, skal resultatene fra eksperimentet ha tilsvaret spaltene, og virkningene på skjermen vises i to vertikale linjer. Dette var imidlertid ikke tilfelle. Resultatene viste under mange omstendigheter et interferensmønster, noe som bare kunne oppstå hvis bølgemønstre hadde vært involvert.
Klassiske partikler forstyrrer ikke hverandre; de kolliderer bare. Hvis klassiske partikler fyres i en rett linje gjennom en spalte, vil de alle treffe skjermen i et mønster i samme størrelse og form som spalten. Der det er to åpne spalter, vil det resulterende mønsteret ganske enkelt være summen av de to enkeltspalte mønstrene (to vertikale linjer). Men igjen og igjen demonstrerte eksperimentet at de sammenhengende lysstrålene forstyrret, og skapte et mønster av lyse og mørke bånd på skjermen.
Imidlertid ble bandene på skjermen alltid funnet å være absorbert som om de var sammensatt av diskrete partikler (aka fotoner). For å gjøre saken enda mer forvirrende, ble måleapparater satt på plass for å observere fotonene når de passerte gjennom spaltene. Da dette ble gjort, dukket fotonene opp i form av partikler, og deres innvirkning på skjermen tilsvarte spaltene, små partikkelstore flekker fordelt på rette, loddrette linjer.
Ved å plassere et observasjonsapparat på kollapset fotonenees bølgefunksjon og lyset oppførte seg som klassiske partikler igjen! Dette kunne bare løses ved å hevde at lys oppfører seg både som en partikkel og som en bølge, og at å observere dem får spekteret av atferdsmuligheter til å begrense seg til det punktet hvor oppførselen deres blir forutsigbar nok en gang.
Double Slit-eksperimentet ga ikke bare opphav til partikkelbølgeteorien om fotoner, det gjorde også forskere oppmerksom på kvantemekanikkens utrolige, forvirrende verden, der ingenting er forutsigbart, alt er relativt, og observatøren ikke lenger er et passivt emne , men en aktiv deltaker med makt til å endre resultatet. Klikk her for en animert demonstrasjon av Double Slit-eksperimentet.
Vi har skrevet mange artikler om Double Slit Experiment for Space Magazine. Her er et forum diskusjon om et hjemmelaget eksperiment med dobbel spalte, og her er en artikkel om bølgepartikkeldualiteten.
Hvis du vil ha mer informasjon om dobbeltspalteksperimentet, kan du sjekke ut disse artiklene fra Physorg.com og Space.com.
Vi har også spilt inn en hel episode av Astronomy Cast som handler om Quantum Mechanics. Hør her, Episode 138: Quantum Mechanics.
