برای قرن‌ها، اکثر دانشمندان به این باور مشترک رسیده‌اند که نور هم به صورت موج و هم به صورت ذره رفتار می‌کند. این ایده بعدها به مؤلفه مرکزی نظریه کوانتوم تبدیل شد و زمینه علمی معروف به مکانیک کوانتومی را پدید آورد.
آزمایش دو شکاف از این ایده پشتیبانی کرد و با نمایش نوارهای روشن و تاریک که نشان‌دهنده تداخل موج‌گونه بودند، آن را تأیید کرد. اما اکنون، یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که این آزمایش لزوماً ما را مجبور به دیدن نور به عنوان موج نمی‌کند.
به گفته کارشناسان :
می‌توانیم آن نوارهای تداخلی را صرفاً با استفاده از ذرات کوانتومی تفسیر کنیم.
این پژوهش به رهبری گرهارد رمپه، مدیر مؤسسه ماکس پلانک برای اپتیک کوانتومی انجام شد. او با همکارانی از دانشگاه فدرال سائوکارلوس و مؤسسه فناوری فدرال زوریخ در این مطالعه همکاری کرد.
فیزیک مدرن و نور
در سال ۱۸۰۱، توماس یانگ با تاباندن نور از دو شکاف باریک و تولید نوارهای تداخلی روی یک صفحه، آزمایش معروف خود را معرفی کرد. یافته‌های او بسیاری را به این نتیجه رساند که نور باید موج باشد.
یک قرن بعد، مکانیک کوانتومی شکل گرفت و نشان داد که ذرات کوانتومی مانند الکترون‌ها نیز می‌توانند تداخل موج‌گونه نور را تقلید کنند.
کار آلبرت انیشتین درباره اثر فوتوالکتریک نشان داد که نور در بسته‌های گسسته‌ای به نام فوتون سفر می‌کند. نیلز بور سپس دوگانگی موج-ذره را بسط داد و یکی از سنگ‌بناهای فیزیک مدرن را پایه‌گذاری کرد.
فوتون‌های تاریک و مرئی
رویکرد جدید تیم پژوهشی، مفهوم مُدهای روشن و تاریک را کاوش می‌کند.
به دیدگاه آن‌ها، الگوهای تداخلی می‌توانند از ترکیب حالت‌های فوتونی «قابل‌تشخیص» و «غیرقابل‌تشخیص» پدید آیند. این حالت‌های روشن با ناظر برهم‌کنش می‌کنند، در حالی که حالت‌های تاریک پنهان باقی می‌مانند.
چنین فوتون‌های پنهانی ممکن است در مکان‌هایی باقی بمانند که در شرایط عادی فکر می‌کنیم نور حذف شده است. ناظرانی که سعی می‌کنند مسیر این فوتون‌ها را ردیابی کنند، حالت آن‌ها را تغییر داده و آنچه تاریک بوده را به روشن تبدیل می‌کنند یا برعکس.
از این منظر، مسیرهای نور را می‌توان به عنوان برهم‌نهی‌های کوانتومی در نظر گرفت، نه صرفاً تداخل موجی کلاسیک.
ذرات کوانتومی و تداخل نور
رمپه گفت:
«به نظر فروتنانه من، توصیف ما معنادار است زیرا تصویری کوانتومی (با ذرات) از تداخل کلاسیک (با امواج) ارائه می‌دهد: بیشینه‌ها و کمینه‌ها از حالت‌های ذره‌ای روشن (که برهم‌کنش می‌کنند) و تاریک (که برهم‌کنش نمی‌کنند) درهم‌تنیده ناشی می‌شوند.»
فیزیکدانان زمانی باور داشتند که هر نقطه از تداخل تخریبی کامل، از برهم‌کنش نور با ماده جلوگیری می‌کند.
در چارچوب جدید، حتی مکانی با میدان الکتریکی متوسط صفر نیز می‌تواند میزبان ذراتی باشد که دستگاه‌های اندازه‌گیری استاندارد ممکن است آن‌ها را از دست بدهند. این گروه تأکید می‌کند که این یافته‌ها نتایج گذشته را کنار نمی‌گذارند، بلکه لایه جدیدی از جزئیات را آشکار می‌سازند.
نظریه‌های موج‌محور در برابر فوتون‌های تاریک
فیزیک کلاسیک می‌تواند اکثر پدیده‌های نوری روزمره را توضیح دهد. با این حال، برخی آزمایش‌ها در اپتیک کوانتومی نتایجی را برجسته می‌کنند که نظریه‌های صرفاً مبتنی بر موج قادر به توضیح آن‌ها نیستند.
پژوهشگران مدتهاست می‌دانند که معادلات ماکسول در سناریوهایی که فوتون‌های منفرد با اتم‌ها در مقیاس‌های بسیار کوچک برهم‌کنش می‌کنند، شروع به شکست می‌کنند.
این چارچوب جدید، ذرات را در قلب پدیده تداخل قرار می‌دهد. نوارهای موج‌گونه ممکن است صرفاً نقشه‌های آماری از میزان روشن یا تاریک بودن این حالت‌های کوانتومی باشند.
اندازه‌گیری همه چیز را تغییر می‌دهد
هر تلاشی برای تعیین دقیق مسیر یک فوتون از میان دو شکاف، به اصل عدم قطعیت معروف برمی‌خورد. حتی یک نگاه سریع ممکن است الگوی نوارهای تداخلی را از بین ببرد.
در این مطالعات، اندازه‌گیری فوتون کمتر مربوط به اعمال یک «ضربه تکانه» به آن است و بیشتر درباره تبدیل حالت تاریک به حالت روشن است.
دهه‌ها کار در علم اطلاعات کوانتومی حاکی از آن بوده که سیستم‌های ظریف می‌توانند «مشاهده» شوند بی‌آنکه به طور کامل فروبپاشند.
تفسیر جدید بر این مفهوم بنا شده است. اگر ناظر با فوتون پنهان در یک ناحیه تاریک جفت شود، حالت ممکن است به اندازه کافی روشن شود که ثبت گردد.
ادامه مطلب
Source
-
Channel of science is for all
