Egy közel százéves tudományos vita most végre eldőlni látszik, hiszen két új kvantumkísérlet eredményei tisztázhatják Einstein és Bohr egymásnak ellentmondó elméleteinek helytállóságát, ezzel új fejezetet nyitva a kvantumfizika történetében.
Albert Einstein a modern fizika egyik legnagyobb alakja, akinek elméletei alapjaiban formálták át az univerzumról és a világ működéséről alkotott képünket. A Popular Mechanics cikke alapján viszont úgy tűnik, hogy egy Einstein és Bohr közötti, kvantumkísérletek körüli vita végére kerülhetett pont, s ezúttal utóbbinak lehetett igaza.
Egy legendás vita gyökerei
Az 1920-as évek a tudomány aranykorának számítanak. Ebben az évtizedben igazolták Einstein általános relativitáselméletét, felfedezték a penicillint, bizonyították más galaxisok létezését, és megszületettek a modern kvantummechanika elméleti alapjai. A tudományos forradalom azonban heves vitákat is szült, s ezek közül a legismertebb Albert Einstein és Niels Bohr összecsapása volt.
A vita középpontjában az úgynevezett komplementaritás elve állt. Ez az elmélet azt mondja ki, hogy egy foton egyszerre nem mutathatja meg részecske- és hullámtermészetét, tehát vagy azt mérjük meg, merre haladt a foton, vagy azt figyeljük meg, milyen interferenciaképet hoz létre – a kettő együtt ugyanis nem lehetséges.
Einstein ezzel nem értett egyet, s úgy vélte, hogy egy speciális kísérlettel mindkét tulajdonság egyszerre kimutatható. Elképzelése szerint egy rugóval felszerelt szerkezet segítségével meg lehetne határozni, melyik résen haladt át a foton, miközben az interferenciaképből a hullámtermészetére is következtetnénk. Bohr viszont azzal érvelt, hogy a kvantummechanikai határozatlansági elv ezt lehetetlenné teszi.
A modern kvantumkísérletek adnak választ
A kérdés évtizedekig maradt megválaszolatlan, most azonban két egymást követő kvantumkísérlet – az egyik az MIT-n, a másik a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetemen – végre pontot tehet a vita végére.
Az MIT kutatója, Wolfgang Ketterle és csapata egy „idealizált” kettős réses kvantumkísérletet során egyedi atomokat használtak résként, és rendkívül gyenge fényt alkalmaztak, hogy az atomok csak egyetlen fotont szórjanak szét. Az eredmény egyértelmű volt: minél több információt szereztek a foton útjáról, annál kevésbé jelent meg az interferenciakép, ez pontosan azt jelenti, amit Bohr állított – a két tulajdonság egyszerűen kizárja egymást.
A kínai USTC kutatói egy rubídiumatomot rögzítettek optikai csipesszel, majd lézerekkel és elektromágneses erőkkel szabályozták annak kvantumállapotát. A fényt két irányba szórták, és szintén arra jutottak, hogy a foton útjának pontos meghatározása eltünteti a hullámszerű viselkedés nyomait, így újra csak Bohr elmélete igazolódott be.
Einstein tévedett – de mit jelent ez a jövőre nézve?
Mindezek ellenére fontos hangsúlyozni, hogy bár Einstein ebben a vitában alulmaradt, még nem válik kevésbé zseniálissá, hiszen a tudomány fejlődésének alapja a kételkedés és a kérdezés, s Einstein kritikus hozzáállása is segítette a kvantummechanika mélyebb megértését.
Chao-Yang Lu, a kínai kutatócsoport egyik vezetője szerint lélegzetelállító látni a kvantummechanikát ilyen alapvető szinten működés közben. Mint mondta, Bohr ellenérve zseniális volt, de a gondolatkísérlet közel egy évszázadon át pusztán elméleti maradt, míg a technológia lehetővé nem tette a gyakorlati tesztelést.
A kutatók azonban nem állnak meg itt, az új kvantumkísérleti módszereket ugyanis arra kívánják használni, hogy feltárják a kvantumvilág kevésbé ismert jelenségeit, például a dekoherencia és az összefonódás kapcsolatát, melyek kulcsfontosságúak lehetnek a jövő kvantumszámítógépeinek fejlesztésében is.
Forrás: