Aπό τι αποτελείται το φως;

Παραμένει μυστήριο το αν το φως συμπεριφέρεται ταυτόχρονα ως φως και σωματίδιο, ή αν αλλάζει συμπεριφορά ανάλογα με την περίπτωση. Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μπρίστολ προσπάθησαν να απαντήσουν αυτό το ερώτημα χρησιμοποιώντας στα πειράματά τους μία νέα συσκευή μετρήσεων, που μπορεί να ανιχνεύσει και τις δύο συμπεριφορές ταυτόχρονα.

Το θεμελιώδες αυτό ερώτημα έχει απασχολήσει την επιστημονική κοινότητα για δεκαετίες, καθώς το φως πράγματι συμπεριφέρεται και σαν σωματίδιο και σαν κύμα. Τα μέχρι πρότινος επιτυχημένα πειράματα έδειχναν το φως να συμπεριφέρεται είτε ως κύμα είτε ως σωματίδιο, αλλά ποτέ ταυτόχρονα και τα δύο. Ένα νέο πείραμα όμως τα κατάφερε και αποκαλύπτει τώρα την μυστηριώδη κβαντικότητα του φωτός.

Οι μεγαλύτεροι φυσικοί της ιστορίας έχουν ασχοληθεί με το θέμα αυτό. Ο Ισαάκ Νεύτων υποστήριζε ότι το φως αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια, ενώ ο Τζέημς Κ. Μάξουελ βασίστηκε σε ένα μοντέλο του φωτός ως κύμα, προκειμένου να ενώσει τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό, στην κλασσική ηλεκτρομαγνητική θεωρία του. Αρκετά χρόνια μετά, το 1905, ο Aλμπερτ Aϊνστάιν εξήγησε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο χρησιμοποιώντας την ιδέα ότι το φως αποτελείται από σωματίδια που ονομάζονται φωτόνια. Για αυτή του την ανακάλυψη μάλιστα τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ.

Artist’s impression, inspired by the work of the artist Maurits Cornelis Escher, of the continuous morphing between particle- and wave-like behaviour of light achieved in the Bristol experiment.

Σήμερα είναι πλέον ευρέως αποδεκτό ότι το φως είναι και σωματίδιο και κύμα, και μάλιστα αυτή η δυϊκότητα φαίνεται να ισχύει για όλα τα υποατομικά σωματίδια, όπως το ηλεκτρόνιο και τα κουάρκς, ή ακόμα και το διάσημο μποζόνιο Higgs. Όμως παραμένει μυστήριο το αν το φως συμπεριφέρεται ταυτόχρονα ως φως και σωματίδιο, ή αν αλλάζει συμπεριφορά ανάλογα με την περίπτωση.

Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μπρίστολ προσπάθησαν να απαντήσουν αυτό το ερώτημα χρησιμοποιώντας στα πειράματά τους μία νέα συσκευή μετρήσεων, που μπορεί να ανιχνεύσει και τις δύο συμπεριφορές ταυτόχρονα. Η συσκευή βασίζεται στο φαινόμενο που αποκαλείται «κβαντική μη-τοπικότητα», που απλοϊκά είναι η ιδέα ότι το ίδιο σωματίδιο μπορεί να βρίσκεται σε δύο διαφορετικές τοποθεσίες την ίδια χρονική στιγμή.

Το πείραμα βασίζεται και σε ένα άλλο κβαντικό φαινόμενο που ονομάζεται «κβαντική περιπλοκή», κατά το οποίο δύο σωματίδια περιπλέκονται μεταξύ τους τόσο, ώστε ενέργειες πάνω στο ένα επηρεάζουν τη συμπεριφορά του άλλου.

Αξίζει να σημειωθεί ότι τα αποτελέσματα του πειράματος έχουν αντιμετωπιστεί με σκεπτικισμό από μερίδα της επιστημονικής κοινότητας. Ο φυσικός του ΜΙΤ δρ. Σεθ Λόηντ, αποκάλεσε το πείραμα «θρασύ και αυθάδες» και αμφισβήτησε την εγκυρότητά του.

Πηγή: Ναυτεμπορική
 http://www.bristol.ac.uk/news/2012/8889.html
 https://www.sciencemag.org/content/338/6107/634
 http://phys.org/news/2012-11-real-mystery-quantum-mechanics-physicists.html