Κύματα ή σώματα; Το πείραμα της διπλής σχισμής!

Καταρχάς, το πείραμα της διπλής σχισμής είναι… πολλά διαφορετικά πειράματα.

Συνεχίζοντας, θα πούμε μόνο πως όσο πιο πολύ το ψάχνουμε, τόσο φαίνεται πως η Κβαντική Φυσική έχει βαλθεί να μας κάνει να χάσουμε τα λογικά μας!

Γιατί να χάσουμε τα λογικά μας; Τα πράγματα είναι απλά:

Θέλαμε να δούμε αν το φως είναι κύμα ή αν αποτελείται από σωματίδια. Τα πειράματα έδειξαν πως εμφανίζει κυματική συμπεριφορά. Άρα είναι κύμα; Όχι, αποκλειστικά, καθώς τα πειράματα έδειξαν πως εμφανίζει και σωματιδιακή συμπεριφορά. Άρα είναι σώμα; Ούτε αυτό ισχύει απόλυτα!

Για την ακρίβεια είναι και τα δύο! Και μάλιστα, αυτός ο κυματοσωματιδιακός δυϊσμός του φωτός είναι και… ντροπαλός. Καταλαβαίνει πότε παρατηρούμε το φως, και αναλόγως αυτού επιλέγει ποιά από τις δύο μορφές θα εμφανίσει…

Και δεν τελειώνει εδώ! Το ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα (το φως δηλαδή) είναι και σωματίδια (φωτόνια) ας πούμε πως μπορούμε να το χωνέψουμε. Το ότι τα σωματίδια (π.χ. ηλεκτρόνια, αλλά και γενικά όλη η ύλη που γνωρίζουμε) εμφανίζουν και αυτά με τη σειρά τους κυματικές ιδιότητες, μπορούμε; Και όμως! Ο ίδιος δυϊσμός και εδώ και δη, το ίδιο ιδιότροπος όσον αφορά στο αν παρατηρούμε τα σωματίδια ή όχι. Και τα σωματίδια φαίνεται να αντιλαμβάνονται πότε τα παρατηρούμε και αρχίζουν να αλλάζουν συμπεριφορά…

Τελικά, τα κύματα είναι ταυτόχρονα και σώματα, ενώ τα σώματα είναι ταυτόχρονα και κύματα; Μάλλον ναι! Ή περίπου. Ας πούμε πως όλα εμφανίζουν και κυματικά και σωματιδιακά χαρακτηριστικά.

Και για να… τρελαθούμε ακόμα περισσότερο, τα σωματίδια (όπως π.χ. ένα ηλεκτρόνιο), αλλά και τα φωτόνια, μπορούν να χωρίζονται -τουλάχιστον- στα δύο, και να περνούν μέσα από δύο διαφορετικές πόρτες ταυτόχρονα.

Και όσον αφορά το κερασάκι στην τούρτα: Το μέλλον φαίνεται να επηρεάζει το παρελθόν!

Χρειαστήκατε φαρμακευτική αγωγή ή όχι ακόμα; Όπως και να έχει, καλώς ήρθατε στον εξωτικό κόσμο των κβάντων. Και ένα πολύ καλό πείραμα (ή, καλύτερα, πειράματα) για να μας ανοίξει την πόρτα σε αυτόν τον κόσμο, είναι το πείραμα της διπλής σχισμής.

Ας τα πάρουμε, όμως, από την αρχή:

Η μεγάλη διαφωνία για την φύση του φωτός ήταν μεταξύ του Νεύτωνα και του Χόυχενς. Ο πρώτος υποστήριζε ότι το φως αποτελείται από σωματίδια· πως όταν φωτιζόμαστε, δεχόμαστε μία βροχή από πολλά τέτοια μικροσκοπικά σώματα. Υπέθετε δε, πως τα διάφορα χρώματα οφείλονται στην διαφορά μεγέθους την οποία θα είχαν αυτά τα σωματίδια μεταξύ τους. Ο Κρίστιαν Χόυχενς, από την άλλη, θεωρούσε ότι το φως είναι κύμα· όπως αυτά που παρατηρούμε στην ήρεμη επιφάνεια ενός υγρού, όταν ρίξουμε ένα βοτσαλάκι.

Και μην φανταστείτε πως ο καθένας έλεγε ότι του ερχόταν. Η κάθε θεώρηση ήταν σύμφωνη με συγκεκριμένα -ήταν σε θέση δηλαδή να ερμηνεύσει- χαρακτηριστικά της συμπεριφοράς του φωτός. Άλλωστε, όπως πλέον γνωρίζουμε, είχαν δίκιο… και οι δύο!

Το πείραμα του Thomas Young, στις αρχές του 19ου αιώνα (το πρώτο από τα πειράματα διπλής σχισμής) κατέδειξε την κυματική φύση του φωτός, κάτι που -αρχικά τουλάχιστον- οδηγούσε στο συμπέρασμα πως ο Νεύτωνας έκανε λάθος.

Από τότε μέχρι σήμερα, τα διάφορα πειράματα διπλής σχισμής αντί να ξεκαθαρίσουν το τοπίο, μας έχουν μπερδέψει ακόμα περισσότερο. Βλέπετε, μπαίνει στη μέση και αυτή η εξωτική… Κβαντική συμπεριφορά. Ας δούμε όμως πρώτα τι περίπου είναι ένα πείραμα διπλής σχισμής (ή πείραμα δύο σχισμών):

Η γενική ιδέα ενός τέτοιου πειράματος είναι να μας δείξει εάν κάτι (Ναι, κάτι!) είναι σώμα ή κύμα.

Στηριζόμαστε δηλαδή στο ότι ένα σώμα και ένα κύμα θα εμφανίσουν διαφορετική συμπεριφορά, όταν τα βάζουμε να περάσουν μέσα από δύο πύλες, και φτιάχνουμε την παρακάτω πειραματική διάταξη:

Εάν αυτό που ρίχνουμε μέσα από τις δύο πόρτες -τις δύο σχισμές- είναι σώμα, τότε θα συνεχίσει να κινείται ευθύγραμμα, μέχρι να συναντήσει τον τοίχο απέναντι (το τελικό πέτασμα). Έστω, δηλαδή, πως πηγή μας εκτοξεύει μπάλες του γκολφ (ή βότσαλα ή ακόμα και κόκκους άμμου), έχοντας ως δεδομένο ότι οι σχισμές είναι αρκετά μεγάλες ώστε να επιτρέπουν την διέλευση. Καταγράφοντας το που κατέληξε κάθε μία από αυτές τις μπάλες, θα παρατηρούσαμε κάτι τέτοιο:

Από την άλλη, εάν η πηγή μας εξέπεμπε κύματα, η τελική εικόνα θα ήταν τελείως διαφορετική. Αυτό που θα παρατηρούσαμε θα ήταν μία σειρά από κροσσούς (π.χ. φωτεινές και σκοτεινές δέσμες, στην περίπτωση που το κύμα ήταν φως).

Θα μου πείτε τώρα: χρειάζεται πειραματική διάταξη; Γιατί απλά να μην ανάψουμε το φως σε ένα δωμάτιο με δύο… πόρτες;

Η αλήθεια είναι πως παίζει ιδιαίτερο λόγο το εύρος των σχισμών. Όσο μικρότερο ή -μαλλον- όσο πιο κοντά στο μήκος κύματος που εξετάζουμε, τόσο πιο εύκολα εμφανίζονται τα αποτελέσματα των φαινομένων που δημιουργούν αυτά τα μοτίβα, αυτούς τους κροσσούς.

Ας μην ξεχνάμε, άλλωστε, ότι μία από τις κύριες αντιρρήσεις του Νεύτωνα για την κυματική φύση του φωτός, αφορούσε το ότι δεν περιθλάται γύρω από εμπόδια, όπως για παράδειγμα τα κύματα της θάλασσας. Είναι αληθεια πως δεν μπορούμε να δούμε ένα φωτεινό σήμα πίσω από μία κολώνα. Δεν θα περάσει γύρω από αυτήν, αλλά αντίθετα θα σταματήσει πάνω της. Είναι όμως ζήτημα κλίμακας, γιατί το φως τελικά περιθλάται.

Όπως φάνηκε ήδη, το ένα από τα φαινόμενα για τα οποία μιλάμε είναι η περίθλαση. Το δεύτερο είναι η συμβολή κυμάτων

Physics Alert! (λίγη θεωρία)

Τι είναι η περίθλαση;

Τα πιο γνωστά φαινόμενα που συνδέεονται με τα κύματα και την διάδοση αυτών είναι η ανάκλαση και η διάθλαση. Ανάκλαση είναι αυτό που μας επιτρέπει να δούμε τον εαυτό μας στον καθρέφτη, ενώ η διάθλαση είναι το φαινόμενο της αλλαγής ταχύτητας (και γωνίας διάδοσης) όταν το κύμα μεταβαίνει από ένα μέσο σε ένα άλλο. Στο φαινόμενο της διάθλασης οφείλεται η ανάλυση του φωτός στα διάφορα χρώματα, την οποία παρατηρούμε με ένα πρίσμα, όπως και το ότι όταν κοιτάζουμε έξω από το νερό ένα σημείο εντός του, υπολογίζουμε λάθος την γωνία (θυμηθείτε πως παρατηρούμε να κάνει γωνία ένα καλαμάκι που βρίσκεται μέσα σε ένα μισογεμάτο ποτήρι).

Υπάρχει και το φαινόμενο της περίθλασης. Αυτό δεν είναι τίποτε άλλο από το πως συνεχίζει να διαδίδεται ένα κύμα, όταν αυτό συναντήσει ένα μικρό εμπόδιο ή περάσει μέσα από ένα στενό άνοιγμα. όλοι έχουμε δει ένα κύμα στη θάλασσα να συναντά ένα μικρό εμπόδιο (π.χ. έναν πάσσαλο λιμανιού) ή να περνάει μέσα από ένα στενό πέρασμα σε μια αμμουδιά. Το κύμα συνχίζει να κινείται και πέρα από αυτά. Τα αγκαλιάζει, τα διαπερνά και συνεχίζει.

Σύμφωνα με την θεωρία περί κυμάτων του Χόυχενς, το κάθε σημείο ενός ανοίγματος (π.χ. της σχισμής) θα λειτουργήσει ως μία νέα πηγή κύματος, θα έχουμε δηλαδή πολλά νέα κύματα με το καθένα να εκκινεί από διαφορετικό σημείο. Το σχήμα του νέου κυματικού μετώπου πλησιάζει όλο και πιο πολύ την κυκλική συμμετρία (μιλάμε για 2 διαστάσεις), όσο το εύρος του ανοίγματος γίνεται ικανοποιητικά μικρό. Ένα όμορφο παράδειγμα περίθλασης από δύο ανοίγματα (δημιουργία δύο -σχεδόν κυκλικών- μετώπων), μπορούμε να απολαύσουμε σε μία φωτογραφία από δορυφόρο:

Τα μέτωπα που δημιουργούνται, εφόσον αρχίζουν να καταλαμβάνουν ίδιες θέσεις στον χώρο, αρχίζουν να συμβάλλουν

Τι είναι η συμβολή κυμάτων;

Όταν σε ένα σημείο συναντώνται δύο ή περισσότερα κύματα, η τελική ένταση σε αυτό προκύπτει από το άθροισμα της συνεισφοράς του καθενός εξ αυτών. Για παράδειγμα, εάν έχουμε δύο κύματα που ταξιδεύουν στην ίδια ευθεία, τότε σε κάθε σημείο της ευθείας η συνολική ένταση θα εξαρτάται από την διαφορά φάσης που έχουν τα δύο αρχικά κύματα. Εάν είναι συμφασικά (δηλαδή ανεβαίνουν και κατεβαίνουν μαζί) τότε η ένταση σε κάθε σημείο θα είναι η διπλάσια από αυτήν που έχει το καθένα μόνο του. Εάν, πάλι, βρίσκονται σε αντίθεση (δηλαδή όταν το ένα είναι στο μέγιστο, το άλλο βρίσκεται στο -αρνητικό- ελάχιστο) τότε αυτά διαρκώς αλληλοαναιρούνται, οπότε όπου και να κοιτάξουμε η ένταση θα είναι μηδέν. Βέβαια υπάρχουν και όλες οι ενδιάμεσες τιμές διαφοράς φάσης, από τις οποίες προκύπτουν διαφορετικές εικόνες συμβολής κυμάτων.

Και αυτή είναι η… απλή περίπτωση!

Φανταστείτε, τώρα, το πως συναντώνται δύο κύματα που προέρχονται από διαφορετικά σημεία και κινούνται σε διευθύνσεις που σχηματίζουν διαφορετικές γωνίες.

Όπως μπορούμε να δούμε στο παραπάνω σχήμα, τα κύματα σε άλλα σημεία ενισχύονται (αυξάνεται η ένταση – δηλαδή το ύψος) ενώ σε άλλα αποσβένονται (μειώνεται η ένταση – δηλαδή το ύψος). Αυτό εξαρτάται από την φάση στην οποία βρίσκεται το κάθε κύμα όταν συναντά το άλλο. Αυτό ισχύει σε όλα τα σημεία όπου τα δύο κύματα συνυπάρχουν. Ας εξετάσουμε, εμείς, τι ακριβώς συμβαίνει στα σημεία του τελικού πετάσματος, που είναι και τα σημεία ενδιαφέροντος καθώς σε αυτά παρατηρούμε το αποτέλεσμα των διαφόρων πειραμάτων διπλής σχισμής.

Έστω ένα σημείο P, επάνω στο πέτασμα, το οποίο δεν βρίσκεται απέναντι ακριβώς από τις σχισμές, αλλά σχηματίζει γωνία με την κάθετη που βρίσκεται ανάμεσά τους. Τα δύο κύματα που θα συναντηθούν στο σημείο P, έχουν ως εξής: Το πρώτο, που ξεκινά από το σημείο Α έχει να διανύσει απόσταση ίση με r1, ενώ το δεύτερο που ξεκινάει από το σημείο Β διανύει απόσταση ίση με r2. Η διαφορά των δύο αυτών αποστάσεων, όπως φαίνεται στο αντίστοιχο σχήμα, είναι ίση με S.

Εφόσον τα κύματα καλύπτουν διαφορετική απόσταση, όταν φτάνουν στο πέτασμα -όταν πλέον συναντώνται και συμβάλλουν- δεν θα βρίσκονται απαραίτητα στην ίδια φάση (μπορεί και να βρίσκονται). Με άλλα λόγια δεν θα βρίσκονται πάντα ταυτόχρονα σε θέσεις μεγίστου, ελαχίστου ή και μηδενικής έντασης, αλλά αντίθετα -ανάλογα με την γωνία- η διαφορά της φάσης μεταξύ τους μπορεί να πάρει όλες τις ενδιάμεσες τιμές.

Αυτό σημαίνει πως σε άλλα σημεία βρίσκονται ταυτόχρονα στο μέγιστό τους, και άρα το ένα προστίθεται στο άλλο δημιουργώντας ακόμα μεγαλύτερη ένταση, ενώ σε άλλα σημεία το ένα βρίσκεται στο μέγιστο και το άλλο στο ελάχιστο, οπότε το άθροισμά τους μας δίνει μηδέν – δηλαδή αλληλοαναιρούνται. Η πρώτη περίπτωση ονομάζεται ενισχυτική συμβολή, ενώ η δεύτερη αποσβεστική. Παραδείγματα βλέπουμε στα παρακάτω σχήματα:

Δημιουργούνται έτσι, στο πέτασμα, φωτεινές περιοχές (ενισχυτική συμβολή – εκεί που η ένταση είναι η μέγιστη) και σκοτεινές περιοχές (αποσβεστική συμβολή – εκεί που η ένταση είναι μηδενική), παρατηρούμε δηλαδή τους ονομαζόμενους κροσσούς συμβολής. Επαναλαμβάνουμε, εδώ, πως ανάμεσα στα σημεία της μέγιστης ενίσχυσης και μέγιστης απόσβεσης, πραγματοποιούνται όλες οι ενδιάμεσες περιπτώσεις συμβολής.

Τέτοιους κροσσούς συμβολής παρατήρησε και ο Young στο πείραμά του.

Βέβαια, το συγκεκριμένο πείραμα δεν αφορούσε ακριβώς δύο σχισμές, παρότι ο ίδιος ο Young, αναφέρει πως ένα πείραμα παρόμοιο με το δικό του θα μπορούσε να διεξαχθεί με την χρήση δύο σχισμών. Τι έκανε ακριβώς; Οδήγησε το ηλιακό φως μέσω ενός κατόπτρου σε μία μικρή οπή. Για να χωρίσει στα δύο την λεπτή δέσμη που έβγαινε από την οπή, χρησιμοποίησε ένα πολύ στενό κομμάτι από χαρτί. Τέλος, απέναντι από την οπή τοποθέτησε ένα πέτασμα, ένα επίπεδο επάνω στο οποίο θα έπεφταν οι δέσμες. Και εκεί πάνω παρατήρησε το μοτίβο συμβολής που σχηματίστηκε.

Ας θεωρήσουμε, λοιπόν, το πείραμά του Young ως το πρώτο αυτού του είδους και τον πρόγονο (αν όχι μία πρώιμη εκδοχή) των πειραμάτων διπλής σχισμής.

Άρα, το φως είναι κύμα, σωστά; Αυτό τουλάχιστον μας δείχνουν τα αποτελέσματα του Young. Χμμμ, μάλλον όχι, καθώς σήμερα ξέρουμε ότι το φως μπορεί να είναι και σωματίδιο, το γνωστό φωτόνιο. Όσο και αν στη συνέχεια η κυματική φύση του φωτός επιβεβαιωνόταν όλο και περισσότερο (π.χ. Maxwell), έναν περίπου αιώνα μετά το πρώτο αυτό πείραμα, η ερμηνεία του Αϊνστάιν για το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο δεν άφηνε περιθώρια αμφισβήτησης για την σωματιδιακή του φύση.

Ας πούμε, λοιπόν, πως είναι και τα δύο ή ας πούμε καλύτερα πως το φως εμφανίζει συμπεριφορά και κυματικής φύσης και σωματιδιακής. Εμφανίζει δηλαδή χαρακτηριστικά τόσο κύματος όσο και σώματος.

Και εδώ αρχίζουν τα… τρελά!

Στη συνέχεια θα μιλήσουμε για διάφορα πειράματα διπλής σχισμής, χωρίς όμως να αναφέρουμε την κάθε λεπτομέρεια για αυτά (ονόματα, ημερομηνίες, διορθώσεις, βελτιώσεις κ.λ.π.) καθώς ο όγκος και το μπέρδεμα που θα δημιουργούσαμε θα ήταν τεράστια. Ας πούμε πως θα κάνουμε μία ανασκόπηση των όσων μας έχουν δείξει, μέχρι στιγμής, τα πειράματα αυτού του του είδους, τα οποία -όπως οφείλει κάθε επιστημονική αναζήτηση- έχουν δημιουργήσει πολύ περισσότερα ερωτήματα από αυτά που έχουν ήδη απαντήσει.

Ας λάβουμε, λοιπόν, υπ’όψιν ότι ενώ το πρώτο πείραμα του Young εξηγείται μια χαρά με την Κλασική Φυσική, στο πέρασμα του χρόνου η κβαντική συμπεριφορά άρχισε να κάνει τα αποτελέσματα των πειραμάτων να δείχνουν όλο και πιο παράδοξα, όλο και πιο… παλαβά. Θα μας επιτρέψετε να παραθέσουμε αμετάφραστη την δήλωση του Richard Feynman  για το πείραμα της διπλής σχισμής:

“We choose to examine a phenomenon which is impossible, absolutely impossible, to explain in any classical way, and which has in it the heart of quantum mechanics. In reality, it contains the only mystery.”

Οπλισμένοι, λοιπόν, με αυτή τη γνώση (ή μάλλον… προειδοποίηση), ας τολμήσουμε να προχωρήσουμε!

Πείραμα διπλής σχισμής με σωματίδια (αντί για φως)

Τι θα γινόταν άραγε αν -όπως είχαμε μιλήσει και στην αρχή του άρθρου- αντί για φως χρησιμοποιούσαμε σωματίδια, ύλη δηλαδή, όπως είναι οι μπάλες του γκολφ; Θα περιμέναμε να δούμε δύο ίχνη στο πέτασμα, σωστά; Η λογική μας λέει ότι το μόνο που θα παρατηρούσαμε θα ήταν δύο στήλες σημαδιών, μία απέναντι από κάθε σχισμή. Όπως ακριβώς θα ήταν τα σημάδια που θα άφηναν σε έναν τοίχο οι μπάλες που θα πετούσαμε σε αυτόν, μέσα από δύο παράθυρα.

Ας δούμε τι έγινε, όταν κάναμε αυτό το πείραμα. Αντί για μπάλες, χρησιμοποιήσαμε ηλεκτρόνια. Αυτό δεν θα έπρεπε να παίζει κανέναν ρόλο. Άλλωστε σωματίδια δεν είναι τα ηλεκτρόνια;

Και το ότι είναι σωματίδια επιβεβαιώνεται από -τουλάχιστον- ένα αποτέλεσμα του πειράματος:

Ρίχνοντας ηλεκτρόνια μέσα από μία μόνο σχισμή, στο πέτασμα δημιουργείται μόνο μία στήλη απέναντι από την σχισμή (Σωματιδιακή συμπεριφορά)

Άρα, το να ρίξουμε ηλεκτρόνια μέσα από δύο σχισμές, λογικά θα δημιουργήσει τις δύο στήλες που περιγράψαμε λίγο πιο πάνω. Σωστά; Όμως, το αποτέλεσμα είναι αυτό που φαίνεται στο σχήμα:

Τα ηλεκτρόνια εμφανίζουν μοτίβο συμβολής, όπως θα έκαναν εάν ήταν κύματα! Άρα, εμφανίζουν κυματική συμπεριφορά, δηλαδή έχουν κυματικές ιδιότητες και με κάποιον τρόπο αλληλεπιδρούν. Στην πραγματικότητα, πειράματα διπλής σχισμής έχουν γίνει -και γίνονται- με μεγαλύτερα σωματίδια, όπως άτομα και μόρια. Πλέον θεωρείται πως οποιδήποτε υλικό σώμα -ακόμα και εσείς- εμφανίζει κυματικά χαρακτηριστικά

Ρίχνοντας ηλεκτρόνια μέσα από δύο σχισμές, στο πέτασμα δημιουργείται μοτίβο συμβολής. (Κυματική συμπεριφορά)

Όμως ούτε και αυτό το “αλληλεπιδρούν” που γράψαμε, ισχύει! Για να υπάρξει αλληλεπίδραση, σημαίνει πως θα πρέπει να περνούν τις σχισμές τουλάχιστον δύο ηλεκτρόνια/κύματα, αλλιώς πως θα υπάρξει αφμίδρομη επιρροή; Εάν ένα ηλεκτρόνιο είναι μόνο του, με τι θα αλληλεπιδράσει; Με τον εαυτό του; Και όμως, αυτό ακριβώς κάνει!

Διεξήχθησαν πειράματα, στα οποία μπορούσαμε να στέλνουμε προς τις σχισμές ένα ηλεκτρόνιο την φορά. Μόνο του! Το λογικό θα ήταν να συνεχίσει να κινείται ευθεία σαν σωματίδιο και να πέφτει κάθε φορά στο ίδιο περίπου σημείο του πετάσματος, αφού δεν υπάρχει κάτι άλλο κοντά του για να αλληλεπιδράσει. Ακόμα και έτσι, όμως, μέ ένα-ένα ηλεκτρόνιο, το μοτίβο εμφανίζεται ξανά!

Ρίχνοντας ένα μόνο ηλεκτρόνιο κάθε φορά, μέσα από τις δύο σχισμές, στο πέτασμα δημιουργείται και πάλι μοτίβο συμβολής (Κυματική συμπεριφορά)

Είναι σα να μπορεί να χωριστεί στα δύο το κάθε ηλεκτρόνιο, να μπορεί να περάσει ΚΑΙ από τις δύο σχισμές, και στη συνέχεια να αλληλεπιδράσει με τον… εαυτό του. Κβαντικά φαινόμενα θα μου πείτε. Είναι γνωστή η υπέρθεση καταστάσεων του ηλεκτρονίου, καθώς και η έννοια της πιθανότητας σε αντίθεση με τον προσδιορισμό του που και πως βρίσκεται αυτό, έννοιες που σχηματίζουν διαφορετική εικόνα από την κλασική του ατόμου με τον πυρήνα στη μέση και το ηλεκτρόνιο να γυρίζει σε τροχιά γύρω-γύρω. Το ότι τα γνωρίζουμε, όμως, δεν σημαίνει πως δεν μας φαίνονται παράδοξα και τρελούτσικα. Και η παράνοια έχει μόλις αρχίσει!

Τι θα γινόταν αν προσπαθούσαμε να δούμε από ποιά σχισμή περνάει το ηλεκτρόνιο; Αν μπορούσαμε να βάλουμε ανιχνευτές που να μας δείχνουν ποιά διαδρομή ακολουθεί κάθε φορά; Τότε, το ηλεκτρόνιο αρχίζει και γίνεται… ντροπαλό! Λες και μπορεί να αντιληφθεί ότι το παρατηρούμε, εγκαταλείπει την κυματική συμπεριφορά και αρχίζει να φέρεται καθαρά σαν σωματίδιο. Σα να είναι μία συμπαγής πέτρα, αυτό που εκτοξεύουμε προς τις δύο σχισμές.

Εάν παρατηρούμε τα ηλεκτρόνια που ρίχνουμε προς τις σχισμές, τότε στο πέτασμα δημιουργούνται δύο στήλες (Σωματιδιακή συμπεριφορά)

Το φως διαταράσσει ακόμα περισσότερο την ψυχική μας υγεία

Έχουμε δει ήδη, από το πρώτο πείραμα του Young, ότι το φως εμφανίζει κυματικά χαρακτηριστικά και δημιουργεί μοτίβα συμβολής στο πέτασμα. Από τότε που μάθαμε, όμως, ότι το φως μπορεί να είναι και σωματίδιο, θέλαμε να εξετάσουμε περαιτέρω την συμπεριφορά του, διενεργώντας διάφορα πειράματα.

Τι θα γινόταν εάν στέλναμε ένα φωτόνιο την φορά; Μία μπάλα, ένα σωματίδιο φωτός! Όταν το δοκιμάσαμε αυτό μέσω μίας μόνο σχισμής, το φωτόνιο μας έκανε την χάρη και συμπεριφέρθηκε όπως περιμέναμε. Σαν σώμα. Έτσι, απέναντι από την σχισμή, δημιουργήθηκε μία μόνο κολώνα ιχνών, όπως ακριβώς θα συνέβαινε εάν πετούσαμε μπαλάκια.

Παρατηρούμε δηλαδή σωματιδιακή συμπεριφορά του φωτός

Στην συνέχεια, όμως, άρχισε να μας κάνει τα ίδια κόλπα με τα ηλεκτρόνια. Επαναλαμβάνοντας το πείραμα με δύο σχισμές, άρχισε να εμφανίζεται το γνωστό μοτίβο της συμβολής κυμάτων. Είναι σα να χωρίζεται στα δύο, να περνάει και από τις δύο σχισμές και να αλληλεπιδρά με τον εαυτό του.

Ρίχνοντας φωτόνια μέσα από δύο σχισμές, στο πέτασμα δημιουργείται μοτίβο συμβολής (Κυματική συμπεριφορά)

Την ίδια εξέλιξη με αυτή των ηλεκτρονίων, έχουμε και όταν θελήσουμε να παρατηρήσουμε από ποιά σχισμή περνάει το κάθε φωτόνιο. Με χρήση ανιχνευτών, μπορούμε να δούμε πόσα φωτόνια πέρασαν απο την κάθε σχισμή. Και το αποτέλεσμα των καταγραφών φαίνεται αρκετά λογικό και αναμενόμενο. Περίπου το 50% περνάει μέσα από την κάθε μία, τα μισά φωτόνια δηλαδή από την μία και τα μισά από την άλλη. Όμως, μας επιφυλάσσει μία έκπληξη…

Όταν μετράμε τα φωτόνια, όταν παρατηρούμε δηλαδή ποιά διαδρομή ακολουθούν, τότε αυτά αρχίζουν να συμπεριφέρονται και πάλι ως σωματίδια, “ξεχνώντας” την κυματική τους φύση.

Ακόμα και όταν δεν μεταβάλλουμε τίποτα στην πειραματική διάταξη, τα φωτόνια είναι σα να μπορούν να καταλάβουν πότε τα παρατηρούμε και πότε όχι, και φέρονται ανάλογα. Έτσι, αφήνοντας την πειραματική διάταξη ως έχει:

Εάν οι ανιχνευτές λειτουργούν, τότε τα φωτόνια καταλαβαίνουν πως τα βλέπουμε και συμπεριφέρονται ως σωματίδια.

Εάν, χωρίς να πειράξουμε τίποτε άλλο, κλείσουμε απλά τους ανιχνευτές (χωρίς να τους αφαιρέσουμε – απλά θέτοντάς τους εκτός λειτουργίας), τότε τα φωτόνια εμφανίζουν κυματική συμπεριφορά, σα να είναι σε θέση να καταλάβουν πως κανείς δεν τα παρατηρεί πια.

Ρίχνοντας φωτόνια μέσα από δύο σχισμές, ΑΝ ΔΕΝ ΤΑ ΠΑΡΑΤΗΡΟΥΜΕ στο πέτασμα δημιουργείται μοτίβο συμβολής (Κυματική συμπεριφορά)

Ρίχνοντας φωτόνια μέσα από δύο σχισμές, ΑΝ ΤΑ ΠΑΡΑΤΗΡΟΥΜΕ στο πέτασμα δημιουργούνται απλά είδωλα των σχισμών (Σωματιδιακή συμπεριφορά)

Και αφήνουμε για το τέλος αυτό που είναι σε θέση να στείλει σε ψυχιατρική μονάδα, όσους δεν έχουν καταλήξει ήδη εκεί λόγω των προηγουμένων!

Τα φωτόνια δείχνουν να επηρεάζονται από το μέλλον!

Υπάρχουν πειραματικές διατάξεις που μπορούν να μας επιτρέψουν το εξής: να καταγράψουμε ποιά διαδρομή ακολούθησε το κάθε φωτόνιο αφού αυτό έχει ήδη πέσει επάνω στο πέτασμα. Με άλλα λόγια, υπάρχουν τρόποι να αφήσουμε τα φωτόνια να “τρέξουν” μέσα στο πείραμα -όπως έκαναν και τις προηγούμενες φορές- και εμείς να μπορέσουμε να δούμε αργότερα -αφού αυτά έχουν ολοκληρώσει την διαδρομή τους προς το πέτασμα- το ποιόν δρόμο πήραν.

Όμως, τα ηλεκτρόνια και πάλι μας καταλαβαίνουν, με αποτέλεσμα να συμπεριφέρονται ξανά ως σωματίδια. Όμως τι είναι αυτό που καταλαβαίνουν; Ότι τα παρατηρούμε; Όχι, φυσικά, αφού η παρατήρηση θα συμβεί μελλοντικά!

Είναι σα να καταλαβαίνουν πως ΘΑ τα παρατηρήσουμε. Η παρατήρηση δηλαδή που κάνουμε σε μεταγενέστερο χρόνο, φαίνεται να επηρεάζει κάτι που έχει συμβεί σε προγενέστερο. Αυτό που τελικά θα μας τρελάνει, είναι πως φαίνεται ότι:

Κάτι που συμβαίνει στο παρόν, επηρεάζει το αποτέλεσμα αυτού που έχει ήδη συμβεί!
Η τωρινή παρατήρηση επηρεάζει το παρελθόν!

Περαστικά μας και καλή μας δύναμη για κατανόηση και αναζητήσεις σε αυτόν τον μαγικό κόσμο της Κβαντικής Φυσικής…