CENTRUM.CZ > Techzpravy.cz > dnes, 07:00

Vědci z MIT dokázali, že se Einstein mýlil

Sdílet

Fyzici z Massachusettského technologického institutu (MIT) znovu vytvořili idealizovanou verzi takzvaného pokusu s dvojitou štěrbinou, jedné z nejznámějších demonstrací kvantové fyziky. Jejich výsledky potvrdily chybnou hypotézu Alberta Einsteina.

Zdroj: ibrahimkaya.ist / Depositphotos

Experiment, který poprvé provedl v roce 1801 Thomas Young, aby prokázal vlnové chování světla, je dnes klíčem k pochopení záhadné skutečnosti: světlo existuje současně jako částice i jako vlna. Nejzvláštnější na tom je, že tuto dualitu nelze pozorovat současně. I když, pozor, Einstein měl pravdu i v mnoha dalších věcech.

Když se snažíme měřit světlo jako částici, jeho vlnová povaha mizí a naopak. Tento princip, základní pro kvantovou mechaniku, se běžně vyučuje ve třídách, aby se ilustrovalo, že všechny fyzikální objekty, včetně světla, jsou současně částicemi i vlnami.

Kvantový spor se vyřešil

Téměř před sto lety byl experiment s dvojitou štěrbinou středem přátelského sporu mezi fyziky Albertem Einsteinem a Nielsem Bohrem. V roce 1927 Einstein postuloval, že částice fotonu by měla projít jednou štěrbinou, přičemž na ni působí nepatrná síla, podobně jako když pták očesává list. Navrhl, že by bylo možné tuto sílu detekovat a zároveň pozorovat interferenční obrazec, čímž by se zároveň zachytila dvojí povaha fotonu. V reakci na to Bohr použil princip neurčitosti kvantové mechaniky a tvrdil, že detekce trajektorie fotonu interferenční obrazec zruší.

Mohlo by vás zajímat: Vědci odhalili příčinu výbuchů velkých sopek. Odpověď leží hluboko pod povrchem

Video k článku ZDE

Zdroj: Youtube.com

V průběhu let potvrdilo Bohrovu teorii ve větší či menší míře více verzí experimentu. Nyní tým fyziků z MIT provedl dosud „nejidealizovanější“ verzi, která podle samotného MIT redukuje experiment na jeho kvantovou podstatu. K tomu použili jednotlivé atomy jako štěrbiny a paprsky světla tak slabé, že každý atom rozptýlil nanejvýš jeden foton.

Manipulací s atomy v různých kvantových stavech dokázali vědci upravit informace, které atomy získaly o dráze fotonů. Tímto způsobem potvrdili předpovědi kvantové teorie: čím více informací o dráze (tj. o povaze částic) světla získali, tím méně byl interferenční obrazec viditelný. Je zřejmé, že MIT sdružuje nejchytřejší mozky a nejúžasnější objevy na planetě a při svých studiích se vždy opírali o Einsteina.

Studie publikovaná v časopise Physical Review Letters přesvědčivě ukázala, že Einstein se v tomto bodě mýlil. Pokaždé, když se atom „popasuje“ s procházejícím fotonem, vlnová interference se podstatně sníží. Wolfgang Ketterle, vedoucí týmu z MIT, poznamenal, že Einstein ani Bohr by si možnost experimentu s jednotlivými atomy a fotony nedokázali představit, a označil jej za „idealizovaný myšlenkový experiment“ uvedený do praxe.

Podstata výzkumu

Ketterleho skupina na MIT pracuje s atomy a molekulami, které ochladí na teplotu mikrokelvinů, tedy těsně nad absolutní nulou, a uspořádá je do konfigurací, které zakonzervuje laserovým světlem. V těchto ultrachladných, pečlivě vyladěných mracích se objevují exotické jevy, které se projevují pouze na kvantové úrovni, na úrovni jednotlivých atomů.

Pro tento výzkum tým použil více než 10 000 atomů, které ochladil na výše uvedené teploty. Pomocí soustavy laserových paprsků uspořádali zmrzlé atomy do krystalické mřížky s rovnoměrnými rozestupy. V tomto uspořádání je každý atom dostatečně vzdálen od ostatních, aby mohl být považován za izolovanou, identickou jednotku, a pole 10 000 atomů umožňuje snadnější detekci signálu než s jedním nebo dvěma.

Tým se domníval, že při tomto uspořádání může prosvítit atomy slabý paprsek světla a pozorovat, jak se jeden foton rozptýlí od dvou sousedních atomů, ať už jako vlna, nebo jako částice. Tím by se zopakovala mechanika původního pokusu s dvojitou štěrbinou, kdy světlo prochází dvěma štěrbinami.

Význam experimentu

Práce na úrovni jednoho fotonu vyžadovala opakování experimentu mnohokrát a použití velmi citlivého detektoru, který by zaznamenával vzor rozptylu světla atomy. Z intenzity detekovaného světla byli vědci schopni přímo odvodit, zda se světlo chová jako částice, nebo jako vlna. Přesnost a kontrola tohoto experimentu představují významný pokrok v experimentální fyzice.

Video k článku ZDE

Zdroj: Youtube.com

Kromě toho má tento experiment významné důsledky pro vývoj kvantových technologií, jako je kvantová výpočetní technika a kvantová kryptografie. Schopnost manipulovat s kvantovými stavy a měřit je s takovou přesností by mohla otevřít nové cesty pro zpracování informací na kvantové úrovni, což by umožnilo vytvořit výkonnější kvantové počítače a bezpečnější komunikační systémy.