หนึ่งในการทดลองที่โด่งดังที่สุดในฟิสิกส์ควอนตัมซึ่งแสดงให้เห็นว่าอนุภาคสามารถทำตัวได้อย่างแปลกประหลาดเหมือนคลื่นได้รับการดำเนินการในโมเลกุลที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา
นักวิจัยได้ส่งโมเลกุลที่มี 58 หรือ 114 อะตอมผ่านที่เรียกว่า "การทดลองสองครั้ง"แสดงให้เห็นว่าพวกเขาทำให้เกิดรูปแบบการรบกวนที่สามารถอธิบายได้ก็ต่อเมื่ออนุภาคทำหน้าที่เหมือนคลื่นน้ำแทนที่จะเป็นลูกหินเล็ก ๆ
นักวิจัยกล่าวว่ามันไม่ได้เป็นข้อสรุปมาก่อนว่าอนุภาคขนาดใหญ่ดังกล่าวจะทำหน้าที่นี้
“ ในทางที่มันน่าแปลกใจเล็กน้อยเพราะสิ่งเหล่านี้มีความซับซ้อนสูงและยังมีโมเลกุลที่ยืดหยุ่นพวกเขาเปลี่ยนรูปร่างของพวกเขาในขณะที่พวกเขากำลังบินผ่านอุปกรณ์” Markus Arndt จากมหาวิทยาลัยเวียนนาในออสเตรียกล่าว "ถ้าคุณพูดคุยกับชุมชนบางทีร้อยละ 50 อาจจะบอกว่านี่เป็นเรื่องปกติเพราะมันเป็นฟิสิกส์ควอนตัมและอีก 50 เปอร์เซ็นต์จะเกาหัวเพราะมันเป็นฟิสิกส์ควอนตัม "
อันที่จริงการทดลองสองครั้งซึ่งเป็นหนึ่งในรากฐานของฟิสิกส์ควอนตัมได้รับการโหวตให้เป็น "การทดลองที่สวยงามที่สุด" ที่เคยมีมาในการสำรวจความคิดเห็นของผู้อ่านโลกฟิสิกส์ปี 2545
การทดลองที่สวยงาม
การทดลองครั้งนี้ได้ดำเนินการครั้งแรกในช่วงต้นปี 1800 โดยโทมัสยังนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษในความพยายามที่จะดูว่าแสงเป็นคลื่นหรือคอลเลกชันของอนุภาคเล็ก ๆ หรือไม่ -กราฟิก: อนุภาคที่น้อยที่สุดของธรรมชาติอธิบาย-
Young ส่งลำแสงผ่านจานที่มีรอยแยกสองเส้นขนานตัดออก เมื่อแสงกระทบหน้าจอด้านหลังจานมันจะสร้างรูปแบบของแถบสีเข้มและสว่างที่ทำให้รู้สึกถ้าแสงเป็นคลื่นด้วยยอด (จุดสูง) และราง (จุดต่ำ) เมื่อยอดของคลื่นสองคลื่นซ้อนทับกันพวกเขาจะสร้างแพทช์ที่สว่างเป็นพิเศษ แต่เมื่อยอดและรางซ้อนทับกันพวกเขาจะยกเลิกซึ่งกันและกันออกจากพื้นที่มืด
ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าแสงทำงานเหมือนคลื่นและหักล้างความคิดที่เป็นที่นิยมของศตวรรษที่ 17 และ 18 ที่แสงทำจากอนุภาคที่ไม่ต่อเนื่องเล็ก ๆ อย่างไรก็ตามในปีพ. ศ.ความเป็นคู่ของคลื่นความถี่ของแสง-
การทดลองสองครั้งทำให้ฟิสิกส์พลิกกลับอีกครั้งในปี 2504 เมื่อนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Claus Jönssonแสดงให้เห็นว่าเมื่ออิเล็กตรอนผ่านทั้งสองร่องพวกเขาก็สร้างรูปแบบการรบกวนเช่นกัน
ผลลัพธ์ที่ได้นั้นน่าตกใจเพราะถ้าอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคส่วนบุคคลตามที่คิดไว้พวกเขาจะไม่สร้างรูปแบบดังกล่าวเลย - แต่พวกเขาจะสร้างเส้นสว่างสองเส้นที่พวกเขาส่งผลกระทบต่อหน้าจอหลังจากผ่านช่องหนึ่งหรืออื่น ๆ (ประมาณครึ่งหนึ่งจะผ่านร่องหนึ่ง
การทดลองที่ก้าวล้ำนี้ทำให้นักฟิสิกส์และนักฟิสิกส์ที่น่าเบื่อซึ่งรู้จากการทดสอบอื่น ๆ ที่อิเล็กตรอนทำตัวเหมือนอนุภาค ในที่สุดมันก็แสดงให้เห็นว่าพวกเขาทั้งคู่
"การเห็นการทดลองสองครั้งเป็นเหมือนการดูทั้งหมดสุริยุปราคาเป็นครั้งแรก: ความตื่นเต้นดั้งเดิมผ่านคุณและขนเล็ก ๆ บนแขนของคุณยืนขึ้น "นักดาราศาสตร์อลิสันแคมป์เบลแห่งมหาวิทยาลัยเซนต์แอนดรูว์ของสกอตแลนด์เขียนถึงโลกฟิสิกส์- "คุณคิดว่าสิ่งที่คลื่นอนุภาคนี้เป็นจริงและรากฐานของการเปลี่ยนแปลงความรู้ของคุณและแกว่งไปแกว่งมา"
คลื่นแห่งความน่าจะเป็น
หากอิเล็กตรอนเป็นคลื่นพวกเขาจะเดินทางผ่านทั้งสองช่องในครั้งเดียวในขณะที่อนุภาคจะต้องเดินทางผ่านร่องหนึ่งหรืออื่น ๆ มันก็เป็นความคิด และแม้แต่อิเล็กตรอนก็ชะลอตัวลงจนถึงจุดที่มีเพียงหนึ่งเดียวที่ผ่านการทดลองในเวลาที่ยังคงจัดการเพื่อแทรกแซงซึ่งกันและกัน นี่จะเป็นอย่างไร?
ใช้ทฤษฎีที่ทันสมัยของกลศาสตร์ควอนตัมเพื่ออธิบายผลลัพธ์โดยแนะนำว่าอนุภาคมีอยู่ในกสถานะของความไม่แน่นอนแทนที่จะเป็นเวลาและสถานที่ที่กำหนดจนกว่าเราจะสังเกตพวกเขาบังคับให้พวกเขาเลือก ดังนั้นอนุภาคที่เดินทางผ่านจานจึงไม่จำเป็นต้องเลือกร่อง A หรือร่อง B; พวกเขาเดินทางผ่านทั้งคู่
นี่คือหนึ่งในวิธีที่อนุภาคในโลกควอนตัมเล็ก ๆประพฤติตัวแปลก ๆ แยกออกจากโลกที่เข้าใจได้ง่ายโลกคลาสสิกของผู้คนและอาคารและต้นไม้ แต่นักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าขอบเขตระหว่างทั้งสองอยู่ที่ไหนและถ้ามีใครมีอยู่
“ นักฟิสิกส์บางคนโต้แย้งว่าจะต้องมีเกณฑ์วัตถุประสงค์ระหว่างควอนตัมและฟิสิกส์คลาสสิก” Arndt บอก LiveScience "นั่นก็ทำให้งงเช่นกัน"
หากมีขอบเขตโมเลกุล 58- และ 114-atom ของนักวิจัยที่ทำจากการเชื่อมโยงของคาร์บอนไฮโดรเจนและไนโตรเจนกำลังผลักดัน
เรายังอยู่ในสถานการณ์ที่แปลกประหลาดที่ถ้าคุณเชื่อว่าฟิสิกส์ควอนตัมเป็นทุกอย่างพวกเราทุกคนต่างก็เชื่อมต่อควอนตัมซึ่งยากที่จะเชื่อ แต่มันก็ยากที่จะเชื่อว่าฟิสิกส์ควอนตัมสิ้นสุดลงในบางจุด
ผลการวิจัยนำโดย Thomas Juffmann ซึ่งเป็นมหาวิทยาลัยเวียนนาได้รับการตีพิมพ์ออนไลน์เมื่อวันที่ 25 มีนาคมในวารสาร Nature Nanotechnology
คุณสามารถติดตามนักเขียนอาวุโส LiveScience Clara Moskowitz บน Twitter @Claramoskowitz- สำหรับข่าววิทยาศาสตร์เพิ่มเติมติดตาม Livescience บน Twitter@livescience-
