Einstein se mýlil. Fyzici z MIT konečně rozřešili stoletý spor o povahu světla
Světlo má dvě identity, které nelze vidět současně. Fyzici z MIT provedli nejpřesnější verzi slavného experimentu se dvěma štěrbinami v historii, přičemž použili jednotlivé atomy. Výsledek? Potvrzení základního principu kvantové mechaniky a konečný důkaz, že Albert Einstein neměl pravdu ve svém slavném sporu s Nielsem Bohrrem.
Experiment se dvěma štěrbinami je klasikou fyziky, známou každému středoškolákovi (a měl by být znám). Když světlo pustíme přes dvě štěrbiny, na obrazovce za nimi neuvidíme dvě jasné skvrny (jakoby jsme vystřelovali kuličkami), ale střídavé jasné a tmavé pruhy – interferenční vzor, který dokazuje vlnovou povahu světla.
Magie však začíná ve chvíli, kdy se pokusíme sledovat, kterým otvorem foton prošel. V tu chvíli vzor zmizí a světlo se chová jako částice. Příroda chrání své tajemství: nedovoluje pozorovat oba stavy najednou.
Svár gigantů: Einstein versus Bohr
V roce 1927 Albert Einstein zpochybnil tuto koncepci. Tvrdil, že foton procházející štěrbinou by měl vyvinout minimální tlak – jako pták, který by při letu jemně pohladil list. Einstein se domníval, že měřením tohoto „šustění“ by bylo možné určit dráhu částice, aniž by tím zároveň zničil vlnový interferenční vzor. Stručně řečeno: chtěl mít koláč a jíst koláč. Niels Bohr odpověděl, že samotný pokus o měření by stejně zničil vlnovou povahu jevu.
Celá léta se prováděly různé testy, ale až nyní tým z MIT pod vedením profesora Wolfganga Ketterle dosáhl ideální varianty, zjednodušením experimentu na kvantové základy.
Atomy místo štěrbin
Vědci nepoužili papír s výřezy. Místo toho využili cloud 10 000 atomů chlazených téměř na absolutní nulu, uspořádaných lasery do dokonalé mřížky. Každý atom fungoval jako samostatná „štěrbina“, rozptylující jednotlivé fotony.
Klíčovým prvkem bylo ovládání „rozmazání“ atomů. Čím volněji byl atom držen laserem, tím více byl „rozmazaný“ v prostoru a tím snáze reagoval na náraz fotonu (registroval jeho dráhu). Podle Bohrských předpovědí, čím více informací o dráze částice (tj. čím více atom „šustil“ jako list v uvedeném příkladu Einsteina), tím slabší se stal vlnový vzor.
Bez pružin, bez podvodů
Badatelé šli ještě o krok dál. Aby vyvrátili teorii, že za vším stojí síly držící atomy, vypnuli lasery na zlomek sekundy. Měření byla provedena na volně padajících atomech ve vakuu. Výsledek byl totožný: kvantová mechanika funguje bezchybně.
Experiment potvrdil, že není možné obejít přírodu. Pozorování částice vždy ničí vlnový obraz. Einstein se mýlil, když si myslel, že lze to obejít chytrým měřením zpětného rázu.
Publikace MIT je krásným poctou vědě v roce 2025, který byl vyhlášen OSN za Mezinárodní rok kvantové vědy a technologie. Jak poznamenali autoři, je to „skvělá shoda okolností“, že historický spor se podařilo konečně vyřešit přesně v století od vzniku kvantové mechaniky.
