Ученые поставили точку в споре Эйнштейна и Бора
- 6.08.2025, 11:34
Проведен эксперимент в идеальных условиях.
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) провели то, что они называют самым «идеализированным» вариантом эксперимента с двумя щелями, и получили еще больше доказательств того, что Эйнштейн, вероятно, ошибался в своей интерпретации этого феномена.
Двухщелевой эксперимент и его вариации остаются одним из самых странных результатов, к которым пришло человечество при изучении природы научными методами, пишет IFLScience.
В 1801 году Томас Юнг направил свет на экран, пропустив его через две щели. В то время еще господствовала корпускулярная теория света, предложенная Исааком Ньютоном, согласно которой свет представляет собой поток безмассовых частиц — «корпускул».
Однако, когда Юнг провел свой эксперимент, на экране возникла не просто пара световых пятен, как можно было бы ожидать от частиц. Вместо этого он увидел интерференционную картину, будто свет ведет себя как волна, проходящая через две щели и создающая характерные волновые узоры.
Двухщелевой эксперимент - спор Эйнштейна и Бора
Этот результат помог ученым осознать волновую природу света. Но чем дальше они изучали явление, тем более загадочным оно становилось. Один из наиболее поразительных моментов: если попытаться определить, через какую из щелей прошел свет, интерференционная картина исчезает, и появляется узор, соответствующий частичному поведению света.
Эйнштейн, получивший Нобелевскую премию за работу по фотоэлектрическому эффекту, в рамках которого он показал, что свет обладает двойственной природой (волна и частица, называемая фотоном), был прекрасно осведомлен об этом парадоксе и много спорил по этому поводу с Нильсом Бором. Эйнштейн полагал, что с правильной экспериментальной установкой — например, с использованием экрана на чувствительных пружинах, — можно будет определить, через какую щель прошел фотон, не разрушив при этом интерференционную картину.
Бор, в свою очередь, использовал принцип неопределенности Гейзенберга, согласно которому чем точнее мы знаем положение частицы, тем меньше мы знаем о ее импульсе, — чтобы доказать, что попытка узнать путь частицы неизбежно разрушит интерференцию.
К сожалению для Эйнштейна, все последующие эксперименты — включая и те, где применялись пружины — показывали: интерференционная картина исчезает, как только мы определяем путь фотона. И вот теперь, в очередном ударе по теории Эйнштейна, ученые повторили эксперимент в наиболее «идеализированной» форме на сегодняшний день.
Двухщелевой эксперимент в современном мире
Исследователи из MIT на самом деле изучали ультрахолодные атомы и то, как рассеяние света на них позволяет определить их свойства.
«Мы поняли, что можем количественно определить, насколько поведение рассеивания напоминает поведение частицы или волны. мы быстро поняли, что можем применить этот подход для воссоздания знаменитого эксперимента в очень идеализированной форме», — объяснил Виталий Федосеев, первый автор исследования.
В ходе эксперимента ученые охладили более 10 000 атомов до микрокельвиновых температур, создав облако, и при помощи лазеров организовали атомы в решетку, подобную кристаллу. В такой конфигурации каждый атом находился на достаточном расстоянии от соседей, чтобы его можно было рассматривать как отдельную частицу.
Когда через это облако пропускали слабый световой луч, его прохождение между двумя соседними атомами имитировало прохождение через две щели, как в классическом эксперименте Юнга.
«То, что мы сделали, можно рассматривать как новую вариацию эксперимента с двумя щелями. Эти отдельные атомы — это самые маленькие возможные «щели», которые только можно построить», — заявил профессор физики и лауреат Нобелевской премии Вольфганг Кеттерле.
Ученые также могли регулировать степень удержания атомов на месте. Чем более «размытыми» становились атомы (то есть меньше фиксировались в пространстве), тем сильнее они реагировали на свет, и тем больше был шанс, что свет будет проявлять частичное поведение, а не волновое.
Изучив данные, собранные ультрачувствительным детектором, команда обнаружила, что поведение света в точности соответствует предсказаниям квантовой механики. Это в очередной раз подтверждает, что эксперимент с «идеальной» пружиной дал бы тот же результат, и Эйнштейн ошибался.
«Во многих описаниях упор делается на пружины. Но мы показываем, что дело не в пружинах, а в «размытии» атомов. Нужно использовать более глубокое описание, основанное на квантовых корреляциях между фотонами и атомами», — подчеркнул Федосеев.