Альберт Ейнштейн був генієм, який заклав фундамент сучасної фізики. Його теорія відносності пояснила, як влаштований Всесвіт у великих масштабах, і перевернула уявлення людства про простір і час. Але навіть найвидатніші вчені можуть помилятися — і нові квантові експерименти це вкотре доводять.
У 1920-х роках наука переживала справжній вибух відкриттів: було підтверджено існування інших галактик, відкрито пеніцилін і сформовано основи квантової механіки. Саме тоді виникла одна з найвідоміших наукових суперечок ХХ століття — між Альбертом Ейнштейном і данським фізиком Нільсом Бором.
Велика дискусія: хвиля чи частинка?
Суть конфлікту полягала у природі світла. Квантова механіка стверджує, що фотон може поводитися і як частинка, і як хвиля — але виміряти обидві властивості одночасно неможливо. Цю ідею Бор назвав принципом доповнюваності.
Ейнштейн не погоджувався. Він вважав, що за допомогою вдосконаленого експерименту з подвійною щілиною можна одночасно визначити, через яку щілину пройшов фотон (частинка), і побачити інтерференційну картину (хвиля). На його думку, це означало, що квантова механіка є неповною.
Бор, своєю чергою, наполягав: принцип невизначеності робить такий підхід неможливим у реальному світі.
Експерименти XXI століття поставили крапку
Майже сто років ця суперечка залишалася теоретичною. Але нещодавно ситуація змінилася. Два незалежні експерименти, проведені вченими з Массачусетського технологічного інституту (MIT) та Університету науки і технологій Китаю (USTC), дали пряму відповідь — і вона виявилася не на користь Ейнштейна.
Обидві роботи були опубліковані в авторитетному журналі Physical Review Letters.
Дослід MIT: ідеальна подвійна щілина
Команда під керівництвом нобелівського лауреата Вольфганга Кеттерле створила майже ідеальну версію експерименту з подвійною щілиною. Замість реальних щілин вчені використали окремі атоми, а замість інтенсивного світла — надзвичайно слабкі фотонні імпульси.
Результат виявився однозначним: що більше інформації дослідники отримували про шлях фотона, то слабкішою ставала інтерференційна картина. Іншими словами, посилення «частинкової» природи автоматично руйнувало «хвильову».
Китайський експеримент підтвердив висновки
Друга група науковців з USTC пішла іншим шляхом. Вони зафіксували атом рубідію за допомогою оптичних пінцетів і керували його квантовими станами за допомогою лазерів та електромагнітних полів.
Розсіюючи світло в різних напрямках, вчені знову побачили ту саму закономірність: неможливо одночасно повністю зафіксувати і хвильові, і частинкові властивості фотона. Принцип Бора працює без винятків.
Чому це відкриття важливе
Ці експерименти не «спростовують» Ейнштейна загалом, але показують межі його інтуїції, коли йдеться про квантовий світ. Вони підтверджують, що квантова механіка — не просто математична модель, а точний опис реальності на фундаментальному рівні.
Як зазначив фізик Чао-Ян Лу, спостерігати квантову механіку в дії — це вражаюче навіть для професіоналів. Тепер дослідники планують використати ці установки для вивчення ще складніших явищ, таких як квантова заплутаність і декогеренція.
Погляд у майбутнє
Суперечка Ейнштейна і Бора стала символом наукового прогресу: істина народжується не з авторитетів, а з експериментів. Сьогодні, завдяки технологіям XXI століття, вчені нарешті можуть перевіряти ідеї, які десятиліттями існували лише на папері.
І хоча Ейнштейн був правий у надзвичайно багатьох речах, квантовий світ, схоже, все ж грав за правилами Бора.