Ratuj Głuszca
glass_08062011_600

Teoria de Broglie-Bohma, czyli alternatywne podejście do zagadnień mechaniki kwantowej, została właśnie wsparta ciekawym eksperymentem, którego wyniki mogą mieć znaczne implikacje w wielu zastosowaniach – od symulowania złożonych molekuł po tunelowanie kwantowe.

Z tradycyjnego punktu widzenia fotony są jednocześnie falą i cząsteczką. Te ostatnie objawiają się jako gęstość prawdopodobieństwa, a z zasady nieoznaczoności Heisenberga wiemy, że nie można jednocześnie zmierzyć położenia cząsteczki i jej prędkości.

Teraz uczeni z USA, Australii, Kanady i Francji poinformowali, że znaleźli sposób jak zmierzyć to, co dotychczas wydawało się niemożliwe. Udało im się mianowicie zebrać kompletną informację o prędkości i pozycji fotonów. Zasada nieoznaczoności Heisenberga wciąż obowiązuje, jednak nie jest już tak restrykcyjna jak poprzednio.

Uczeni użyli mocno chłodzonej kwantowej kropki z arsenku indowo-galowego do uwalniania pojedynczych fotonów. Potwierdzono, co wykazano już w 1909 roku, że pomiędzy wysyłanymi w ten sposób pojedynczymi fotonami wciąż zachodzi interferencja i na fotodetektorze otrzymujemy taki obraz, jakbyśmy mieli do czynienia z całą falą cząstek.

Oczywiście próba prostego zmierzenia drogi każdego fotonu pomiędzy kropką a fotodetektorem skazana byłaby na niepowodzenie z powodu zasady nieoznaczoności Heisenberga.

Aby dokładnie zbadać drogę fotonów bez niszczenia całego systemu Sacha Kocsis, Boris Braverman z University of Toronto oraz Sylvain Ravets z Université Paris-Sud Campus Polytechnique postawili na ich drodze cienki kryształ zawierający kalcyt. Ma on tę szczególną właściwość, że potrafi odwrócić polaryzację fotonu w zależności od tego, z którego kierunku foton się pojawił. Tymczasem soczewki fotodetektora zostały ustawione tak, by ich ogniskowa skupiała się na różnych miejscach w przestrzeni. Dzięki temu uczeni wiedzieli, jak daleko znajduje się foton, zatem mogli poznać jego pozycję, a polaryzacja fotonu dostarczała im informacje o oryginalnym kierunku, w którym wędrował, co w przybliżeniu pozwoliło poznać prędkość.

Jeśli taki eksperyment powtórzymy tysiące razy, badając wszelkie możliwe punkty w przestrzeni pomiędzy kropką kwantową a fotodetektorem, oraz wszelkie możliwe polaryzacje fotonu w każdym z tych punktów, to odpowiednia analiza statystyczna pozwoli na poznanie dokładniej drogi, którą poruszał się foton.

Znajomość trajektorii cząsteczek to jedno z głównych założeń teorii de Broglie-Bohma. Generalnie, jak zauważa profesor Aephraim Steinberg  z University of Toronto teoria de Broglie-Bohma daje te same wyniki co mechanika kwantowa. Z kolei profesor Howard Wiseman z australijskiego Griffith University dodaje, że alternatywne rozumienie zachodzących zjawisk jest ważne, gdyż bohmiańska interpretacja ma również znaczenie praktyczne. Daje nam bowiem narzędzia do opracowania sposobów badań dynamiki molekularnej, które jest bardzo trudno przeprowadzić bez pewnych przybliżeń.

Dla profesora matematyki Sheldona Goldsteina z Rutgers University najważniejszym aspektem tego eksperymentu jest przybliżenie teorii de Broglie-Bohma do naukowego mainstreamu, gdzie nie cieszy się ona zbytnim poważaniem. Teoria ta nie stoi w sprzeczności z żadnymi eksperymentalnie potwierdzonymi faktami. Stoi natomiast w sprzeczności z pewnymi przewidywaniami – mówi Goldstein.

A Wiseman dodaje: Teoria ta twierdzi, że takie trajektorie istnieją. Dla niektórych naukowców eksperyment ten będzie zatem jedynie miłym potwierdzeniem teorii, której nie odrzucają. Dla wielu jednak jego wyniki będą szokujące.

Źródło: kopalniawiedzy.pl

Wypowiedz się

Musiszsię zalogować aby dodać komentarz.