Demonstrasi yang mengubah idea Isaac Newton yang hebat mengenai sifat cahaya sangat sederhana. Ini "dapat diulang dengan sangat senang di mana sahaja cahaya matahari terik," kata ahli fizik Inggeris Thomas Young kepada Royal Society di London pada bulan November 1803, yang menggambarkan apa yang sekarang disebut eksperimen celah berganda. Dan Young bukan pemuda yang bersemangat. Dia membuat eksperimen yang elegan dan terperinci yang menunjukkan sifat gelombang cahaya, dan dengan itu menyanggah teori Newton bahawa cahaya terdiri daripada corpuscles, iaitu, partikel.
Tetapi kelahiran fizik kuantum pada awal tahun 1900-an menjelaskan bahawa cahaya terdiri dari unit-unit kecil yang tidak dapat dipisahkan - atau kuanta - tenaga yang kita sebut sebagai foton. Percubaan Young dengan foton tunggal, atau bahkan dengan zarah zarah individu seperti elektron dan neuron, adalah misteri yang membuat anda tertanya-tanya tentang hakikat realiti. Ada juga yang menggunakannya untuk menegaskan bahawa dunia kuantum dipengaruhi oleh kesedaran manusia. Tetapi bolehkah eksperimen sederhana menunjukkan ini?
Bolehkah kesedaran menentukan realiti?
Dalam bentuk kuantum modennya, eksperimen Young melibatkan penembakan zarah cahaya atau jirim secara individu melalui dua celah atau lubang yang dipotong pada penghalang legap. Di satu sisi penghalang adalah layar yang merekodkan kedatangan zarah (katakanlah, plat foto sekiranya foton). Akal akal membuat kita mengharapkan foton melewati celah yang satu atau yang lain dan terkumpul di belakang lorong yang sesuai.
Tetapi tidak. Foton memukul bahagian-bahagian tertentu pada skrin dan mengelakkan yang lain, mewujudkan cahaya dan kegelapan yang bergantian. Ini disebut pinggiran menyerupai gambar pertemuan dua gelombang. Apabila puncak satu gelombang sejajar dengan puncak gelombang yang lain, anda mendapat gangguan konstruktif (garis terang), dan apabila puncak selaras dengan palung, anda mendapat gangguan yang merosakkan (kegelapan).
Tetapi hanya satu foton yang melalui peranti pada satu masa. Nampaknya foton melalui kedua-dua celah sekaligus dan mengganggu dirinya sendiri. Ini bertentangan dengan akal (klasik).
Secara matematik, bukan partikel fizikal atau gelombang fizikal yang melewati kedua-dua celah, tetapi fungsi gelombang yang disebut - fungsi matematik abstrak yang mewakili keadaan foton (dalam kes ini, kedudukan). Fungsi gelombang berkelakuan seperti gelombang. Ia menyentuh dua celah, dan gelombang baru keluar di sisi lain celah, menyebarkan dan mengganggu satu sama lain. Fungsi gelombang gabungan mengira kebarangkalian di mana foton berada.
Video promosi:
Foton mempunyai kebarangkalian tinggi di mana dua fungsi gelombang mengganggu secara konstruktif, dan kebarangkalian rendah berada di mana gangguan itu merosakkan. Pengukuran - dalam kes ini, interaksi fungsi gelombang dengan plat fotografi - membawa kepada "keruntuhan" fungsi gelombang, hingga keruntuhannya. Akibatnya, ia menunjuk ke salah satu tempat di mana foton menjadi kenyataan setelah pengukuran.
Keruntuhan fungsi gelombang yang nampaknya disebabkan oleh pengukuran ini telah menjadi sumber banyak kesukaran konsep dalam mekanik kuantum. Sebelum runtuh, tidak ada cara untuk mengetahui dengan pasti di mana foton akan berakhir; ia boleh berada di mana sahaja dengan kebarangkalian nol. Tidak ada cara untuk menelusuri lintasan foton dari sumber ke pengesan. Foton itu tidak nyata kerana kapal terbang yang terbang dari San Francisco ke New York adalah nyata.
Werner Heisenberg, antara lain, mentafsirkan matematik ini sedemikian rupa sehingga realiti tidak wujud sehingga ia diperhatikan. "Idea tentang dunia nyata yang objektif, partikel terkecil yang wujud secara objektif dalam arti yang sama bahawa batu atau pokok wujud, tidak kira sama ada kita memerhatikannya atau tidak, adalah mustahil," tulisnya. John Wheeler juga menggunakan varian eksperimen slit berganda untuk menyatakan bahawa "tidak ada fenomena unsur kuantum yang akan menjadi fenomena sehingga menjadi fenomena yang didaftarkan ('diperhatikan', 'direkodkan untuk tertentu')."
Tetapi teori kuantum sama sekali tidak menunjukkan apa yang dianggap sebagai "pengukuran." Dia hanya menyatakan bahawa alat pengukur harus klasik, tanpa menentukan di mana garis antara klasik dan kuantum terletak, dan membiarkan pintu terbuka bagi mereka yang percaya bahawa keruntuhan menyebabkan kesedaran manusia. Mei lalu, Henry Stapp dan rakan-rakannya mengatakan eksperimen celah dua dan versi terkini menunjukkan bahawa "pemerhati yang sedar mungkin diperlukan" untuk memberi makna kepada dunia kuantum, dan kecerdasan transpersonal adalah inti dari dunia material.
Tetapi eksperimen ini bukan bukti empirikal untuk tuntutan tersebut. Dalam percubaan celah dua yang dilakukan dengan foton tunggal, seseorang hanya dapat menguji ramalan kebarangkalian matematik. Sekiranya kebarangkalian melayang ketika puluhan ribu foton yang sama dihantar melalui celah ganda, teorinya adalah bahawa fungsi gelombang setiap foton runtuh - berkat proses yang ditentukan secara samar-samar yang disebut pengukuran. Itu sahaja.
Selain itu, terdapat tafsiran lain mengenai eksperimen slit berganda. Contohnya, ambil teori de Broglie-Bohm, yang mengatakan bahawa realiti adalah gelombang dan zarah. Foton diarahkan ke celah ganda pada kedudukan tertentu pada bila-bila masa dan melewati satu celah atau yang lain; oleh itu, setiap foton mempunyai lintasan. Ia bergerak melalui gelombang pandu yang menembusi kedua-dua celah, mengganggu dan kemudian mengarahkan foton ke lokasi gangguan konstruktif.
Pada tahun 1979, Chris Dewdney dan rakan-rakannya di Brickbeck College London memodelkan ramalan teori ini mengenai laluan zarah yang akan melalui celah berganda. Selama sepuluh tahun terakhir, para eksperimen telah mengesahkan bahawa lintasan seperti itu ada, walaupun mereka telah menggunakan teknik kontroversi yang disebut pengukuran lemah. Walaupun terdapat kontroversi, eksperimen menunjukkan bahawa teori de Broglie-Bohm masih dapat menjelaskan tingkah laku dunia kuantum.
Lebih penting lagi, teori ini tidak memerlukan pemerhati atau pengukuran atau kesedaran tidak ketara.
Mereka juga tidak diperlukan oleh teori-teori keruntuhan yang disebut, yang menunjukkan bahawa fungsi gelombang runtuh secara rawak: semakin besar bilangan zarah dalam sistem kuantum, semakin besar kemungkinan keruntuhannya. Pemerhati hanya mencatat hasilnya. Pasukan Markus Arndt di University of Vienna di Austria menguji teori-teori ini dengan menghantar molekul yang lebih besar dan lebih besar melalui celah berganda. Teori keruntuhan meramalkan bahawa apabila zarah-zarah jirim menjadi lebih besar daripada ambang tertentu, mereka tidak lagi dapat berada dalam superposisi kuantum dan melewati kedua celah pada masa yang sama, dan ini akan merosakkan corak gangguan. Pasukan Arndt menghantar molekul 800 atom melalui celah ganda dan masih melihat gangguan. Pencarian ambang diteruskan.
Roger Penrose mempunyai versi teori runtuhnya sendiri, di mana semakin tinggi jisim objek dalam superposisi, semakin cepat runtuh ke satu keadaan atau keadaan lain kerana ketidakstabilan graviti. Sekali lagi, teori ini tidak memerlukan pemerhati atau kesedaran apa pun. Dirk Boumeester dari University of California, Santa Barbara menguji idea Penrose dengan versi percubaan slit berganda.
Secara konseptual, ideanya bukan hanya untuk meletakkan foton pada superposisi yang melewati dua celah pada waktu yang sama, tetapi juga untuk meletakkan salah satu celah pada superposisi dan memaksanya berada di dua tempat pada masa yang sama. Menurut Penrose, celah yang diganti akan tetap berada di superposisi atau runtuh dengan foton dengan cepat, yang akan menyebabkan corak gangguan yang berbeza. Keruntuhan ini akan bergantung pada jisim celah. Boumeester telah mengusahakan eksperimen ini selama sepuluh tahun dan mungkin akan segera mengesahkan atau menolak tuntutan Penrose.
Bagaimanapun, eksperimen ini menunjukkan bahawa kita belum dapat membuat tuntutan mengenai hakikat realiti, walaupun tuntutan tersebut disokong secara matematik atau falsafah. Dan memandangkan ahli sains saraf dan ahli falsafah fikiran tidak dapat menyetujui sifat kesedaran, tuntutan bahawa ia membawa kepada keruntuhan fungsi gelombang akan menjadi pramatang paling baik dan salah paling buruk.
Ilya Khel
