Valo… onko se hiukkas tai aalto? Mikä perusmekaniikka hallitsee sen käyttäytymistä? Ja mikä tärkeintä, muuttaako pelkkä havainnointi tätä käyttäytymistä? Tämä on se, että kvanttifyysikot ovat hämmentyneet useiden vuosisatojen ajan siitä lähtien, kun fotoni-aalto-mekaniikkaa on teoreettisesti määritelty ja Tuplarako-kokeilu suoritettiin ensimmäisen kerran.
Tunnetaan myös nimellä Youngin kokeilu. Siinä oli hiukkaspalkkeja tai koherentteja aaltoja, jotka kulkivat kahden lähekkäin sijaitsevan raon läpi ja joiden tarkoituksena oli mitata seurauksena olevat vaikutukset näytön takana olevalla näytöllä. Kvanttimekaniikassa kaksoisrakoitettu kokeilu osoitti valon ja muiden kvanttihiukkasten aalto- ja hiukkasluontojen erottamattomuuden.
Tuplarakojen kokeilun johti ensimmäisen kerran Thomas Young jo vuonna 1803, vaikka sir Isaac Newtonin sanotaan suorittaneen samanlaisen kokeen omalla ajallaan. Alkuperäisten kokeiden aikana Newton loisti valoa pienelle hiukselle, kun taas Young käytti korttipalaa, johon oli leikattu rako. Viime aikoina tutkijat ovat käyttäneet pistevalonlähdettä valaisemaan ohut levy, jolla on kaksi yhdensuuntaista rakoa, ja rakojen läpi kulkeva valo osuu näytölle heidän takanaan.
Klassiseen hiukkasteoriaan perustuen kokeen tulosten olisi pitänyt vastata rakoja, näytön vaikutusten esiintyvän kahdessa pystysuunnassa. Näin ei kuitenkaan ollut. Tulokset osoittivat monissa tapauksissa häiriökuvion, jota voisi tapahtua vain, jos aaltokuviot olisivat olleet mukana.
Klassiset hiukkaset eivät häiritse toisiaan; he vain törmäävät. Jos klassiset hiukkaset ampuvat suorassa viilassa raon läpi, ne kaikki lyövät seulaa kuviossa, joka on saman koon ja muodon kuin rako. Jos on kaksi avointa rakoa, tuloksena oleva kuvio on yksinkertaisesti kahden yhden raon kuvion (kaksi pystysuoraa viivaa) summa. Mutta uudestaan ja uudestaan, kokeilu osoitti, että koherentit valonsäteet häiritsivät, jolloin näytölle muodostui kirkas ja tumma kaista.
Kuvaruudun nauhojen havaittiin kuitenkin aina imeytyneen ikään kuin se koostuisi erillisistä hiukkasista (aka. Fotoneista). Jotta asiat olisivat vielä hämmentävämpiä, asetettiin mittauslaitteet tarkkailemaan fotoneja niiden kulkiessa rakojen läpi. Kun tämä tehtiin, fotonit näyttivät hiukkasten muodossa ja niiden vaikutukset näytöllä vastasivat viilloja, pieniä hiukkaskokoja, jotka jakautuivat suorassa pystysuunnassa.
Asettamalla havaintolaite paikalleen, fotonien aaltofunktio romahti ja valo käyttäytyi jälleen kerran klassisina hiukkasina! Tämä voitaisiin ratkaista vain väittämällä, että valo käyttäytyy sekä hiukkasena että aallona ja että niiden havaitseminen aiheuttaa käyttäytymismahdollisuuksien kapenevan pisteeseen, jossa heidän käyttäytymisensä tulee jälleen ennustettavissa.
Tuplarakoinen kokeilu ei aiheuttanut vain fotonien hiukkasaaltoteoriaa, vaan se sai tutkijat tietoiseksi myös kvantimekaniikan uskomattomasta, hämmentävästä maailmasta, jossa mikään ei ole ennustettavissa, kaikki on suhteellista ja tarkkailija ei ole enää passiivinen kohde , mutta aktiivinen osallistuja, jolla on valta muuttaa tulosta. Napsauttamalla tätä saat kaksoisrakojen kokeen animoidun esittelyn.
Olemme kirjoittaneet monia artikkeleita Space Lehden kaksoisrakojen kokeilusta. Tässä on keskustelu keskustelusta kotitekoisesta kaksoisrakojen kokeesta, ja tässä on artikkeli aaltohiukkasten kaksinaisuudesta.
Jos haluat lisätietoja kaksoishalkaisukokeesta, tutustu näihin artikkeleihin Physorg.com- ja Space.com-sivustoissa.
Olemme myös nauhoittaneet kokonaisen jakson tähtitieteen näyttelijöistä, jotka koskevat Quantum Mechanicsia. Kuuntele tästä, jakso 138: Quantum Mechanics.
