الضوء ... هل هو جسيم أم موجة؟ ما الميكانيكا الأساسية التي تحكم سلوكها؟ والأهم من ذلك ، هل مجرد فعل الملاحظة يغير هذا السلوك؟ هذا هو لغز علماء الفيزياء الكمومية لعدة قرون ، منذ أن تم وضع نظرية ميكانيكا الموجة الفوتونية وإجراء تجربة الشق المزدوج لأول مرة.
تُعرف أيضًا باسم تجربة يونغ ، وقد اشتملت على أشعة جسيمات أو موجات متماسكة تمر عبر شقين متقاربة ، كان الغرض منها قياس التأثيرات الناتجة على شاشة خلفها. في ميكانيكا الكم ، أظهرت تجربة الشق المزدوج عدم انفصال الموجة وطبيعة الجسيمات للضوء والجسيمات الكمومية الأخرى.
تم إجراء تجربة الشق المزدوج لأول مرة من قبل توماس يونغ في عام 1803 ، على الرغم من أن السير إسحاق نيوتن قد أجرى تجربة مماثلة في وقته. خلال التجارب الأصلية ، ألقى نيوتن الضوء على شعر صغير ، في حين استخدم يونج زلة من الورق مع قطع شق فيها. في الآونة الأخيرة ، استخدم العلماء مصدر ضوء نقطي لإضاءة لوحة رقيقة بشقين متوازيين ، والضوء الذي يمر عبر الشقوق يضرب شاشة خلفهم.
بالاعتماد على نظرية الجسيمات الكلاسيكية ، يجب أن تتوافق نتائج التجربة مع الشقوق ، وتظهر التأثيرات على الشاشة في خطين رأسيين. ومع ذلك ، لم يكن هذا هو الحال. أظهرت النتائج في العديد من الظروف نمطًا من التداخل ، وهو أمر لا يمكن أن يحدث إلا إذا كانت هناك أنماط موجة متورطة.
لا تتداخل الجزيئات الكلاسيكية مع بعضها البعض ؛ هم فقط يتصادمون. إذا تم إطلاق الجسيمات الكلاسيكية في خط مستقيم من خلال شق ، فسوف تضرب جميعًا الشاشة بنمط بنفس حجم وشكل الشق. عندما يكون هناك شقين مفتوحين ، فإن النمط الناتج سيكون ببساطة مجموع نمطي الشق الواحد (خطين رأسيين). ولكن ، مرارًا وتكرارًا ، أظهرت التجربة أن أشعة الضوء المتماسكة تتداخل ، مما يخلق نمطًا من الأشرطة الساطعة والداكنة على الشاشة.
ومع ذلك ، تم العثور دائمًا على العصابات الموجودة على الشاشة وكأنها تتكون من جزيئات منفصلة (تعرف أيضًا بالفوتونات). لجعل الأمور أكثر إرباكًا ، تم وضع أجهزة قياس لمراقبة الفوتونات وهي تمر عبر الشقوق. عندما تم ذلك ، ظهرت الفوتونات في شكل جزيئات وتأثيراتها على الشاشة تتوافق مع الشقوق ، بقع صغيرة بحجم الجسيمات موزعة في خطوط عمودية مستقيمة.
من خلال وضع جهاز مراقبة في مكانه ، انهارت وظيفة الموجة للفوتونات وعمل الضوء كجسيمات كلاسيكية مرة أخرى! لا يمكن حل ذلك إلا من خلال الادعاء بأن الضوء يتصرف كجسيم وموجة ، وأن ملاحظتها تتسبب في تضييق نطاق الاحتمالات السلوكية إلى النقطة التي يصبح فيها سلوكها متوقعًا مرة أخرى.
لم تؤدي تجربة الشق المزدوج إلى ظهور نظرية الموجة الجسيمية للفوتونات فحسب ، بل جعلت العلماء أيضًا على دراية بالعالم المربك والرائع لميكانيكا الكم ، حيث لا يمكن التنبؤ بأي شيء ، وكل شيء نسبي ، ولم يعد المراقب موضوعًا سلبيًا ، ولكن مشارك نشط لديه القدرة على تغيير النتيجة. للحصول على عرض متحرك لتجربة الشق المزدوج ، انقر هنا.
لقد كتبنا العديد من المقالات حول تجربة الشق المزدوج لمجلة الفضاء. إليك مناقشة في المنتدى حول تجربة الشق المزدوج محلية الصنع ، وإليك مقال حول ازدواجية جسيم الموجة.
إذا كنت تريد المزيد من المعلومات حول تجربة الشق المزدوج ، فراجع هذه المقالات من Physorg.com و Space.com.
لقد سجلنا أيضًا حلقة كاملة من علم الفلك يلقي كل شيء عن ميكانيكا الكم. استمع هنا ، الحلقة 138: ميكانيكا الكم.
