Гэрлийн хоёрдмол шинж чанарыг баталсан MIT-ийн туршилт
Гэрэл нь долгион болон бөөмийн шинж чанарыг зэрэг агуулдаг гэдгийг квант физик 100 гаруй жилийн турш бидэнд зааж ирсэн. Харин одоо Массачусетсийн Технологийн Институт (MIT)-ийн судлаачид нэг атом ашиглан хийсэн туршилтаар гэрэл нь бөөм эсвэл фотон байдлаар үйлчилж болох ч хоёр шинж чанарыг нэгэн зэрэг харуулж чадахгүй гэдгийг баталлаа.
Гэрлийн мөн чанарын тухай маргаан 17-р зууны үеэс, Исаак Ньютон болон Кристиан Хюйгенсийн үед эхэлсэн. Ньютон зэрэг зарим эрдэмтэд гэрэл нь бөөмөөс бүрддэг гэж үзэж байсан бол Хюйгенс болон бусад нь гэрэл нь долгион мэт үйлчилдэг болохыг онцолж байв.
1801 онд физикч Томас Янг гэрлийг хоёр нарийн завсраар дамжуулан хананд тусгаж, гэрэл нь бөөм бол хоёр давхцсан гэрлийн толбо үүсэх ёстой гэж үзсэн. Гэвч Янгийн туршилтаар гэрэл нь ханан дээр долгион мэт тархаж, гэрэл ба харанхуй хэсгүүдийн хосолсон хээ үүсгэж байв. Энэ нь гэрэл нь долгион мэт тархаж, харилцан үйлчилж байгааг харуулсан юм.
Зууны дараа Макс Планк дулаан болон гэрэл нь квант гэж нэрлэгдэх жижиг багцаар ялгардаг болохыг харуулсан бол Альберт Эйнштейн гэрлийн квант нь фотон гэж нэрлэгдэх бөөм болохыг баталсан. Квант физик нь фотонууд мөн долгион мэт үйлчилдэг болохыг харуулсан. Ийнхүү Ньютон, Хюйгенс хоёрын зөв байсан нь батлагдсан бөгөөд гэрэл нь долгион болон бөөмийн шинж чанарыг зэрэг агуулдаг. Үүнийг долгион-бөөмийн хоёрдмол шинж чанар гэж нэрлэдэг.
Гэвч тодорхойгүй байдлын зарчим нь гэрэл нь нэгэн зэрэг долгион болон бөөмийн шинж чанарыг харуулж чадахгүй гэдгийг харуулдаг. Квант физикийн эцэг Нильс Бор үүнийг “нэмэлт чанар” гэж нэрлэсэн бөгөөд квант системийн нэмэлт шинж чанаруудыг нэгэн зэрэг хэмжих боломжгүй гэж үзсэн.
Эйнштейн энэ нэмэлт чанар болон тодорхойгүй байдлын зарчмын санамсаргүй байдлыг хүлээн зөвшөөрдөггүй байсан тул үүнийг няцаах арга замыг хайж, Янгийн туршилтыг дахин судалсан. Тэрээр фотон завсраар өнгөрөх үед завсрын хажуу талууд бага зэрэг хүч мэдрэх ёстой гэж үзсэн. Энэ нь гэрэл нь бөөмийн шинж чанартайгаар завсраар өнгөрөх үед болон бусад фотонуудтай харилцан үйлчлэх үед долгион мэт үйлчилж байгааг хэмжих боломжийг олгоно гэж үзсэн.
Бор үүнтэй санал нийлэхгүй байв. Тодорхойгүй байдлын зарчим нь фотон бөөмийн хөдөлгөөн болон байрлалыг нэгэн зэрэг мэдэх боломжгүйг харуулдаг. Тиймээс Борын үзэж байгаагаар фотон өнгөрөх үед үүсэх “сэгсрэлт”-ийг хэмжих нь долгион мэт үйлчилгээг арилгаж, туршилтын үр дүнд зөвхөн хоёр гэрлийн толбо үүсэх болно гэж үзсэн.
Олон жилийн туршилтууд Борын зөв болохыг харуулсан ч томоохон төхөөрөмжүүд гэрлийг нэгэн зэрэг долгион болон бөөмийн шинж чанартайгаар харах боломжийг хааж байгаа эсэх талаар эргэлзээ байсаар ирсэн.
Энэ асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд MIT-ийн баг, физикч Вольфганг Кеттерле болон Виталий Федосеев нарын удирдлага дор туршилтын төхөөрөмжийг хамгийн энгийн түвшинд, атомын хэмжээнд бууруулсан. Лазер ашиглан тэд 10,000 атомыг абсолют тэгээс дээш хэдхэн градусын температурт хөргөж байрлуулсан. Эдгээр атом бүр нь завсрын үүрэг гүйцэтгэж, фотонууд тэдгээрээс янз бүрийн чиглэлд тархаж, олон удаагийн туршилтаар гэрэл болон харанхуй хэсгүүдийн хээ үүсгэж байв.
Туршилт нь Борын зөв болохыг баталж, Эйнштейн буруу байсныг харуулсан. Атомын сэгсрэлтийг хэмжих тусам хээ нь суларч, бөөмийн шинж чанартайгаар хэмжигдсэн фотонууд нь долгион мэт үйлчилгээгээ алдаж байв.
Туршилтууд нь лазерын туяа атомыг байрлуулж байсан ч үр дүнд нөлөөлөхгүй болохыг харуулсан. Кеттерле болон Федосеевийн баг лазерыг унтрааж, атомыг хөдөлж амжаагүй байхад хэмжилт хийж, үр дүн нь үргэлж ижил байсан — гэрлийн бөөм болон долгион шинж чанарыг нэгэн зэрэг харах боломжгүй байв.
Энэ туршилт нь квант физикийн хачирхалтай байдлыг дахин баталж, бөөмийн хоёрдмол шинж чанарыг харуулж байна. Бид гэрэл нь долгион эсвэл бөөм эсэхийг нэгэн зэрэг хэмжих боломжгүй бөгөөд ертөнц нь магадлалын үндсэн дээр ажилладаг болохыг харуулж байна.
Энэхүү судалгаа нь 2025 оны 7-р сарын 22-нд Physical Review Letters сэтгүүлд нийтлэгдсэн байна.
Эх сурвалж:
Einstein was wrong (slightly) about quantum physics, new version of the famous double-slit experiment reveals
A new version of the famous double-slit experiment showed that it’s impossible to measure light as both a wave and a particle at the same time, thanks to quantum physics’ uncertainty principle.
