الضوء ... هل هو جسيم أم موجة؟ ما هي الآليات الأساسية التي تحكم سلوكها؟ والأهم من ذلك ، هل مجرد فعل الملاحظة يغير هذا السلوك؟ هذا هو اللغز الذي كان علماء الفيزياء الكمومية محيرين له لقرون عديدة ، منذ أن تم وضع نظرية لميكانيكا موجة الفوتون وأجريت تجربة الشق المزدوج لأول مرة.
المعروف أيضًا باسم تجربة يونغ ، وهذا يشمل حزمًا من الجسيمات أو موجات متماسكة تمر عبر شقين متقاربين ، والغرض منها هو قياس التأثيرات الناتجة على شاشة خلفها. في ميكانيكا الكم ، أظهرت تجربة الشق المزدوج عدم إمكانية الفصل بين طبيعة الموجة والجسيمات للضوء والجسيمات الكمومية الأخرى.
أجرى توماس يونغ تجربة الشق المزدوج لأول مرة في عام 1803 ، على الرغم من أن السير إسحاق نيوتن قد أجرى تجربة مماثلة في عصره. أثناء التجارب الأصلية ، سلط نيوتن الضوء على شعرة صغيرة ، في حين استخدم يونج شريحة من الورق بقطع شق فيها. في الآونة الأخيرة ، استخدم العلماء مصدر ضوء نقطي لإضاءة لوحة رقيقة ذات شقين متوازيين ، والضوء الذي يمر عبر الشقوق يصطدم بشاشة خلفها.
بالاعتماد على نظرية الجسيمات الكلاسيكية ، يجب أن تتوافق نتائج التجربة مع الشقوق ، وتظهر التأثيرات على الشاشة في خطين عموديين. ومع ذلك ، لم يكن هذا هو الحال. أظهرت النتائج في العديد من الظروف نمطًا من التداخل ، وهو أمر لا يمكن أن يحدث إلا إذا تم تضمين أنماط الموجة.
لا تتداخل الجسيمات الكلاسيكية مع بعضها البعض ؛ هم فقط يصطدمون. إذا تم إطلاق الجسيمات الكلاسيكية في خط مستقيم من خلال شق ، فسوف تصطدم جميعها بالشاشة بنمط بنفس حجم وشكل الشق. عندما يكون هناك شقان مفتوحان ، سيكون النمط الناتج ببساطة هو مجموع نمطي الشق الأحادي (خطان عموديان). لكن التجربة أظهرت مرارًا وتكرارًا أن أشعة الضوء المتماسكة تتداخل ، مما يخلق نمطًا من العصابات الساطعة والمظلمة على الشاشة.
ومع ذلك ، تم دائمًا امتصاص العصابات الموجودة على الشاشة كما لو كانت مكونة من جسيمات منفصلة (تعرف أيضًا باسم الفوتونات). لجعل الأمور أكثر إرباكًا ، تم وضع أجهزة قياس لمراقبة الفوتونات أثناء مرورها عبر الشقوق. عندما تم ذلك ، ظهرت الفوتونات على شكل جسيمات وتوافق تأثيرها على الشاشة مع الشقوق ، وهي بقع صغيرة بحجم الجسيمات موزعة في خطوط عمودية مستقيمة.
من خلال وضع جهاز مراقبة في مكانه ، انهارت الوظيفة الموجية للفوتونات وعمل الضوء كجسيمات كلاسيكية مرة أخرى! لا يمكن حل هذا إلا من خلال الادعاء بأن الضوء يتصرف كجسيم وموجة ، وأن مراقبتهما يؤدي إلى تضييق نطاق الاحتمالات السلوكية إلى النقطة التي يصبح فيها سلوكهم قابلاً للتنبؤ مرة أخرى.
لم تؤد تجربة الشق المزدوج إلى ظهور نظرية موجة الجسيمات للفوتونات فحسب ، بل جعلت العلماء أيضًا على دراية بالعالم المذهل والمربك لميكانيكا الكم ، حيث لا يوجد شيء يمكن التنبؤ به ، وكل شيء نسبي ، والمراقب لم يعد موضوعًا سلبيًا. ، ولكن مشاركًا نشطًا لديه القدرة على تغيير النتيجة. للحصول على عرض توضيحي متحرك لتجربة الشق المزدوج ، انقر هنا.
لقد كتبنا العديد من المقالات حول تجربة الشق المزدوج للكون اليوم. إليك مناقشة في المنتدى حول تجربة الشق المزدوج محلية الصنع ، وإليك مقالة حول ثنائية الموجة والجسيم.
إذا كنت ترغب في الحصول على مزيد من المعلومات حول تجربة الشق المزدوج ، فاطلع على هذه المقالات من Physorg.com و موقع Space.com .
لقد سجلنا أيضًا حلقة كاملة من Astronomy Cast كل شيء عن ميكانيكا الكم. استمع هنا، الحلقة 138 .