EKSPERIMENT

EKSPERIMENT

Originalni crtež koji je skicirao engleski fizičar, lekar, muzikolog, lingvista i egiptolog Tomas Jang (1773-1829) prikazuje sabiranje, odnosno superpoziciju talasa u njegovom slavnom eksperimentu sa dva otvora. Mada postavljen pre dve stotine godina, Jangov mali ogled predstavlja verovatno najdramatičniji eksperiment u fizici svih vremena – ne postoji drugi test na koji je čovek ikada stavio prirodu, a čiji je rezultat srušio toliko teorija, autoriteta, naučnih karijera, filozofskih škola i načina na koji vidimo i razumemo svet (i doprineo nastanku tolikih tehnologija u čijim blagodetima svakodnevno uživamo).

O raznim, vrlo neočekivanim ishodima eksperimenta sa dva otvora razgovaramo večeras u Velikoj sali SKC, na našoj tribini „Ko je ubio Šredingerovu mačku“ . Naime, eksperiment je u 19. veku oborio Njutnovu čestičnu teoriju svetlosti, da bi potom, u dramatičnom preokretu, u 20. veku srušio čitavu klasičnu fiziku i bio ugrađen u aksiome kvantne mehanike, čiju nastranu prirodu ispituje Šredingerov misaoni eksperiment sa mačkom.

Malo koji eksperiment se, sa druge strane, tako jednostavno izvodi. „Eskperiment koji ću sada predstaviti može da se ponovi sa velikom lakoćom, na svakom mestu gde sunce sija, bez ikakve druge opreme osim one koja je svakom pri ruci“, izgovorio je 24. novembra 1803. sam Tomas Jang pred britanskim Kraljevskim društvom. Predavanje je godinu dana kasnije odštampano u 94. izdanju slavnog almanaha Philosophical Transactions of the Royal Society of London i izazvalo lavinu reakcija.

U to doba, genijalan, radoznao i neustrašiv, tridesetogodišnji Jang, nakon studija kretanja zvuka, već nekoliko godina zagovara jeretičku ideju – da svetlost nije, kako je Njutn mislio, sačinjena od čestica, nego da se prostire kao talas. U Jangovom eksperimentu, naime, to će biti jasno po sebi – svetlost pokazuje svojstva koja čestice „ne mogu imati“.

U ogledu, svetlost iz jednog izvora pada na dva otvora, a potom se talasi iz različitih otvora sabiraju na način koji je prikazan na crtežu – na nekim mestima dolazi do zbirnog pojačanja talasa, a na nekim do smanjenja jačine, zbog čega se na zaklonu ne vidi jedna osvetljena oblast, nego naizmenične tamne i svetle linije, takozvane interferencione pruge.

U zamračenoj sobi, uz pomoć bilo kakvog izvora svetla (najbolje lasera) možete i sami da probate eksperiment sa dva otvora. Zanimljivo je da izvorno Jang nije koristio dva otvora nego je pomoću ogledala usmerio zrak svetlosti i u njega stavio tanku kartu koja je snop podelila na dva dela.

Uprkos očiglednom rezultatu, zbog ogromnog Njutnovog autoriteta, Jungova istraživanja nailaze na izuzetno snažan otpor. Anonimni dopisnik popularnog časopisa Edinburg Review čak objavljuje seriju uvredljivih paskvila o Jangovoj ličnosti, posle čega štampar odustaje od preštampavanja Jangove knjige, a on je primoran da sasvim napusti fiziku.

U narednim decenijama Tomas Jang će se zato sa velikim uspehom baviti medicinom, muzikom i jezikom, pa čak dešifrovati čuveni kamen iz Rozete. U međuvremenu, grupa francuskih naučnika prihvata Jangove rezultate i postavlja novu, potom opšteprihvaćenu talasnu teoriju svetlosti.

Do novog preokreta dolazi dvadesetih godina 20. veka kad dva američka istraživača, Klinton Dejvison i Lester Džermer u Bel laboratorijama izvode (znatno složeniju) seriju merenja sa elektronima i dobijaju vrlo neobične rezultate, da bi 1927. pokazali kako se, u skladu sa De Broljevim idejama, elektroni (čestice) ponašaju na isti način kao talasi u Jangovom eksperimentu sa dva otvora i grade interferenciju.

U ovom obrtu, ispostavlja se da Jangov eksperiment ne samo da pokazuje kako svetlost ima talasnu, a ne čestičnu prirodu, nego da su i čestice talasi. Eksperiment se od tada ponavlja u nebrojeno mnogo varijanti, nedvosmileno potvrđujući kako se čestice koje stignu do dva otvora ponašaju kao svetlost i grade interferenciju.

Potonje postavke eksperimenta čak pokazuju da i samo jedan jedini elektron pred dva otvora gradi interferencionu sliku. I da tu nije reč samo o uvrnutim idejama kvantnih fizičara, dodatno potvrđuju korisne svakodnevne primene (od kojih su računarski procesori samo jedna od njih).

Ova saznanja, međutim, ma koliko bila potvrđena i upotrebljavana, svojom paradoksalnošću zapravo zadiru u srž poimanja sveta. Moglo bi se reći i da „eksperiment na svakom mestu gde sunce sija“ otkriva kako svet nije sasvim nezavistan od posmatrača i onog što on želi da posmatra jer eksperiment kao da pokazuje različite rezultate u zavisnosti od toga šta želimo da saznamo.

Ako na primer pokušamo nešto jednostavno – da mislimo o elektronu kao čestici i ispitamo kroz koji otvor čestica prolazi, tada česticu nekim zgodnim detektorom možemo da ulovimo na jednom od otvora i ona se ponaša kao čestica, ali tada ni interferencije nema iza otvora. Ako pak to ne pokušavamo i nepoznat nam je put čestice, ona se ponaša kao talas i gradi interferenciju.

U Jangovom ogledu, fizički svet nam pokazuje svoje zastrašujuće dualno lice – lice koje vidi kako želimo da ga posmatramo.

S.B.

Foto: Philosophical Transactions – Wikimedia