Ljus ... är det en partikel eller en våg? Vilken grundläggande mekanik styr beteendet för det? Och viktigast av allt, förändrar den bara observationshandlingen detta beteende? Detta är den kvantfysiker som har förundrat sig under många århundraden, sedan fotonvågmekanik teoretiserades och Double Slit-experimentet först genomfördes.
Också känt som Youngs experiment, detta involverade partikelstrålar eller koherenta vågor som passerade genom två nära avstånd från varandra, vars syfte var att mäta de resulterande påverkningarna på en skärm bakom dem. I kvantmekanik visade det dubbelslitsade experimentet oskiljbarheten mellan våg- och partikelnaturerna hos ljus och andra kvantpartiklar.
Double Slit Experimentet genomfördes först av Thomas Young tillbaka 1803, även om Sir Isaac Newton sägs ha utfört ett liknande experiment på sin egen tid. Under de ursprungliga experimenten lyste Newton ljus på ett litet hår, medan Young använde ett kortkort med en slits i den. På senare tid har forskare använt en punktljuskälla för att belysa en tunn platta med två parallella slitsar, och ljuset som passerar genom slitsarna slår en skärm bakom dem.
Förlita sig på klassisk partikelteori, bör resultaten av experimentet ha motsvarat slitsarna, påverkan på skärmen visas i två vertikala linjer. Detta var dock inte fallet. Resultaten visade under många omständigheter ett interferensmönster, något som bara kunde uppstå om vågmönster hade varit inblandade.
Klassiska partiklar stör inte varandra; de kolliderar bara. Om klassiska partiklar avfyras i en rak linje genom en slits kommer de alla att slå skärmen i ett mönster av samma storlek och form som slitsen. Där det finns två öppna slitsar kommer det resulterande mönstret helt enkelt att vara summan av de två enkelslitsmönstren (två vertikala linjer). Men om och om igen demonstrerade experimentet att de sammanhängande ljusstrålarna störde och skapade ett mönster av ljusa och mörka band på skärmen.
Emellertid befanns band på skärmen alltid absorberas som om de var sammansatta av separata partiklar (aka fotoner). För att göra saken ännu mer förvirrande, monterades mätanordningar för att observera fotonerna när de passerade genom slitsarna. När detta gjordes dök fotonerna i form av partiklar och deras påverkan på skärmen motsvarade slitsarna, små partikelformade fläckar fördelade i raka vertikala linjer.
Genom att placera en observationsanordning på plats kollapsade fotonens vågfunktion och ljuset uppförde sig som klassiska partiklar ännu en gång! Detta kunde bara lösas genom att hävda att ljus uppträder både som en partikel och som en våg, och att iakttagande av dem får antalet beteendemöjligheter att minska till den punkt där deras beteende blir förutsägbart en gång till.
Double Slit-experimentet gav inte bara upphov till fotonens partikelvågsteori, det gjorde också forskare medvetna om kvantmekanikens otroliga, förvirrande värld, där ingenting är förutsägbart, allt är relativt, och observatören är inte längre ett passivt ämne , men en aktiv deltagare med makt att ändra resultatet. Klicka här för en animerad demonstration av Double Slit-experimentet.
Vi har skrivit många artiklar om Double Slit Experiment for Space Magazine. Här är en forumdiskussion om ett hemmagjordt dubbelslitsexperiment, och här är en artikel om vågpartikeldualiteten.
Om du vill ha mer information om dubbelslitsexperimentet kan du kolla in dessa artiklar från Physorg.com och Space.com.
Vi har också spelat in ett helt avsnitt av Astronomy Cast som handlar om kvantmekanik. Lyssna här, avsnitt 138: Quantum Mechanics.
