آزمایش دو شکاف توماس یانگ یکی از جالب ترین آزمایش ها در فیزیک است که 250 سال پیش انجام شد و به ما نشان داد نور می تواند مثل موج رفتار کند.
به گزارش خبرگزاری علم و فناوری EDHA، آزمایش دو شکافی توماس یانگ در ابتدا قرار بود ثابت کند که نور موجی است؛ اما مدل های کوانتومی بعدی تصویر بسیار مبهم تری را به وجود آوردند.
توماس یانگ (Thomas Young)، دانشمندی که 250 سال پیش به دنیا آمد، یافته های علمی فراوانی در زمینه های مختلف به دست آورد. ماندگارترین میراث او، به چالش کشیدن باورهای ایزاک نیوتن در مورد نور بود. آزمایش یانگ، که در سال 1803 انجام شد، نشان داد که نور مانند یک موج رفتار می کند و هنگام عبور از دو شکاف، الگوهای تداخلی را روی صفحه نشان می دهد. این کشف فیزیک را متحول کرد و بحث هایی را دربارۀ ماهیت واقعیت ایجاد کرد که تا به امروز نیز ادامه دارد.
پیامدهای این آزمایش با توسعۀ مکانیک کوانتومی توسط ماکس پلانک (Max Planck) و آلبرت اینشتین (Albert Einstein) در اوایل سدۀ بیستم بیشتر شد. مکانیک کوانتومی می گفت نور از واحدهای انرژی غیرقابل تقسیم به نام فوتون متشکل شده است و بدین ترتیب نظریۀ سنتی موج را به چالش کشید. با وجود این حرکت به سمت نظریۀ ذره ای نور و آزمایش های بعدی با دو شکاف، درک رفتار نور را پیچیده تر کرد.
دوگانگی ماهیت موج-ذرۀ نور همچنان یکی از اسرار بنیادین فیزیک است. این امر تاییدی است برای پیچیدگی های نظریۀ کوانتومی و ماهیت واقعیت. مکانیک کوانتومی چارچوب بسیار دقیقی برای توضیح عناصر بنیادی واقعیت مادی و برهمکنش های آن ها ارایه کرده است. تلاش مداوم برای آشتی دادن رفتارهای موجی و ذره ای نور همچنان دانشمندان را مجذوب خود می کند و انگیزۀ پژوهش های بسیاری برای کشف طبیعت بنیادین جهان است.
تکینگی کوانتومی
دانشمندان با آزمایش دو شکافی کشف کردند که نور هم رفتاری شبیه به موج دارد و شبیه به ذره رفتار می کند. این واقعیت فهم کلاسیک را به چالش می کشد. حتی زمانی که فوتون های منفرد در خلال شکاف ها به بیرون پرتاب شوند، الگویی تداخلی روی صفحه مشاهده می شود که پیش بینی های نظریۀ کوانتومی را تایید می کند. در طول دهه های بعد، آزمایش های پیشرفته تر، مانند آزمایش هایی که با الکترون ها به جای فوتون انجام شد، باز هم این یافته ها را تایید کرد. در دهه 1980، تیمی به رهبری آلن اَسپه (Alain Aspect) با تک فوتون ها همین آزمایش را انجام داد و نظریۀ کوانتومی را تایید کرد و در سال 2022 موفق به کسب جایزه نوبل فیزیک شد.
مکانیک کوانتومی موقعیت فوتون را با کمک انتزاعی ریاضیاتی به نام تابع موجی توصیف می کند. تابع موجی هنگام عبور از شکاف ها به دو دسته تقسیم می شود و سپس برای ایجاد الگوی تداخل روی صفحه، این دو دسته دوباره با هم ترکیب می شوند. احتمالات یافتن یک فوتون در یک مکان مشخص با کمک این تابع محاسبه می شود: احتمال حضور فوتون در مناطق مربوط به تداخل سازنده بسیار زیاد و در مناطق مربوط به تداخل مخرب بسیار کم است.
مفهوم دوگانگی موج-ذره یکی از اسرار مفهومی بنیادین در مکانیک کوانتومی است. فوتون پیش از اندازه گیری در برهم نهشت حالت های مختلف وجود دارد و هر دو مسیر ممکن از خلال شکاف ها را طی می کند. پس از اندازه گیری، تابع موجی دچار فروریزش و فوتون در یک مکان خاص یافت می شود. اگر مسیر فوتون مشخص شود، فوتون مانند ذره رفتار می کند. در غیر این صورت، مثل یک موج عمل می کند و چون مسیرهای مختلف برای رسیدن جسم کوانتومی به وضعیت نهایی ممکن است، وضعیت تداخل کوانتومی را نشان می دهد.
آیا شما به دنبال کسب اطلاعات بیشتر در مورد "ذره، موج، هر دو یا هیچکدام؟ آزمایشی که هر آنچه دربارۀ واقعیت می دانیم به چالش می کشد (1)" هستید؟ با کلیک بر روی بین الملل، آیا به دنبال موضوعات مشابهی هستید؟ برای کشف محتواهای بیشتر، از منوی جستجو استفاده کنید. همچنین، ممکن است در این دسته بندی، سریال ها، فیلم ها، کتاب ها و مقالات مفیدی نیز برای شما قرار داشته باشند. بنابراین، همین حالا برای کشف دنیای جذاب و گسترده ی محتواهای مرتبط با "ذره، موج، هر دو یا هیچکدام؟ آزمایشی که هر آنچه دربارۀ واقعیت می دانیم به چالش می کشد (1)"، کلیک کنید.