Prevela i uredila: Barbara Arbanas-Kovačević

Matrix World

www.livescience.com

Jedan od najpopularnijih eksperimenata u kvantnoj fizici, koji je prvi pokazao kako se čestice mogu bizarno ponašati kao valovi, sada je proveden nad najvećim molekulama koje postoje.

Istraživači su poslali molekule koje sadrže 58 ili 114 atoma kroz takozvani „eksperiment dvostrukog proreza“ pokazujući da one stvaraju isprepleteni uzorak koji može biti objašnjen jedino ako se čestice ponašaju poput valova ili vode, a ne poput sićušnih klikera.

Istraživači su rekli da nije neminovan zaključak da bi se tako velike čestice mogle ponašati na ovaj način.

„Na neki je način ovo malo iznenađujuće jer su ovo vrlo složene i fleksibilne molekule; one mijenjaju svoj oblik dok prolijeću kroz uređaj,“ rekao je Markus Arndt sa Sveučilišta u Beču, Austrija, suvoditelj projekta. „Ako popričate sa zajednicom, možda će 50% njih reći da je to normalno jer je to kvantna fizika, a ostalih 50% će se češati po glavi jer je to kvantna fizika.“

Doista, eksperiment s dvostrukim prorezom, jedan od temelja kvantne fizike, je proglašen „najljepšim eksperimentom“ ikada u upitniku postavljenom 2002. god. čitateljima Physics World-a.

Eksperiment je po prvi puta izveo engleski znanstvenik Thomas Young ranih 1800-ih dok je pokušavao saznati da li je svjetlost val ili skup sitnih čestica.

Young je poslao zraku svjetlosti kroz ploču koja je na sebi imala dva paralelna proreza. Kada je svjetlost stigla do ekrana iza ploče, proizvela je obrazac od tamnih i svijetlih pruga što ima smisla jedino ako je svjetlost val, sa bregovima (visoke točke) i dolovima (niske točke). Kada se bregovi dvaju valova preklapaju, oni stvaraju izuzetno svjetao sloj, ali kada se brijeg i dol preklapaju, oni se međusobno poništavaju ostavljajući tamni razmak.

Rezultati eksperimenta su pokazali da se svjetlost ponaša poput vala i opovrgnuli su popularnu ideju 17. i 18. st. da se svjetlost sastoji od sićušnih diskretnih čestica. Međutim, 1905. god., je Einsteinovo objašnjenje fotoelektričnog učinka pokazalo da se svjetlost, uz to što se ponaša poput vala, također ponaša i poput čestica što je dovelo do trenutnog poimanja da svjetlost ima „valno-čestičnu dualnost“.

Eksperiment sa dvostrukim prorezom je ponovo preokrenuo fiziku 1961. god. kada je njemački fizičar Claus Jönsson pokazao da i elektroni pri prolasku kroz dvostruki prorez stvaraju miješani obrazac.

Rezultati su bili šokantni jer, ako su elektroni individualne čestice kako se i smatralo, onda oni ne bi uopće mogli proizvesti takav obrazac nego bi stvorili dvije svijetle linije na mjestu na kojem su udarili u ekran nakon prolaska kroz jedan ili drugi prorez (oko polovice bi prošlo kroz jedan prorez, a druga polovica kroz drugi i tako bi stvarali dvije linije nakon što bi mnogo čestica prošlo kroz njega).

Ovaj revolucionarni eksperiment  je zbunio i zabrinuo fizičare koji su iz drugih pokusa znali da se elektroni također ponašaju kao čestice. S vremenom se pokazalo da oni nekako mogu oboje.

„Promatranje eksperimenta s dvostrukim prorezom je poput gledanja potpune pomrčine sunca po prvi puta: kroz vas prođe primitivno uzbuđenje i naježite se,“ napisao je za Physics World astronom Alison Campbell sa Škotskog sveučilišta Sv. Andrije. „Pomislite da je ta valno-čestična stvar doista istinita, a temelji vašeg znanja su poljuljani i promijenjeni.“

Ako su elektroni valovi, oni bi odjednom putovali kroz oba proreza, dok čestice moraju putovati kroz jedan ili drugi prorez, smatralo se. Pa čak i kada bi elektroni usporili do točke kada kroz eksperiment prolaze pojedinačno, oni još uvijek uspijevaju utjecati jedan na drugog. Kako je to moguće?

Potrebna je bila moderna teorija kvantne mehanike kako bi se objasnili rezultati, a koja je sugerirala da čestice postoje u neodređenom stanju, a ne na određenom mjestu i vremenu, sve dok ih mi ne promatramo tjerajući ih da izaberu. Zbog toga čestice koje putuju kroz ploču ne moraju odabrati prorez A ili prorez B; u stvari, one putuju kroz oba.

Ovo je jedan od načina na koji se čestice u sićušnom kvantnom svijetu ponašaju neobično, odvajajući se od shvatljivog makroskopskog, klasičnog svijeta ljudi, građevina i drveća. Ali, znanstvenici su se pitali gdje se nalazi granica između te dvije stvari, ukoliko ona uopće postoji.

„Neki fizičari tvrde da mora postojati objektivni prag između kvantne i klasične fizike,“ rekao je Arndt za LiveScience. „To je također zbunjujuće.“

Ako postoji granica, onda ju istraživačke molekule sastavljene od 58 i 114 atoma, napravljene od veze ugljika, dušika i vodika, proširuju.

„Još se uvijek nalazimo u čudnoj situaciji da ako vjerujete da je kvantna fizika sve, onda smo svi na neki način kvantno povezani, a u to je teško vjerovati. Ali također je i teško vjerovati da kvantna fizika u jednom trenutku završava. Zbog toga skupine poput nas pokušavaju povećati kompleksnost (naših molekula) kako bismo vidjeli postoji li prag.“

Rezultati istraživanja su 25. ožujka objavljeni u časopisu Nature Nanotechnology.