Luce ... è una particella o un'onda? Quale meccanica fondamentale ne governa il comportamento? E, soprattutto, il semplice atto di osservazione modifica questo comportamento? Questo è il dilemma che i fisici quantistici hanno lasciato perplessi per molti secoli, sin da quando la meccanica delle onde di fotoni è stata teorizzata e l'esperimento a doppia fenditura è stato condotto per la prima volta.
Conosciuto anche come esperimento di Young, ciò comportava fasci di particelle o onde coerenti che attraversavano due fessure ravvicinate, il cui scopo era misurare gli impatti risultanti su uno schermo dietro di loro. Nella meccanica quantistica l'esperimento a doppia fenditura ha dimostrato l'inseparabilità della natura ondulatoria e particellare della luce e di altre particelle quantistiche.
Il Double Slit Experiment fu condotto per la prima volta da Thomas Young nel 1803, anche se si dice che Sir Isaac Newton abbia eseguito un esperimento simile a suo tempo. Durante gli esperimenti originali, Newton ha fatto luce su un piccolo pelo, mentre Young ha usato una striscia di carta con una fessura. Più recentemente, gli scienziati hanno utilizzato una fonte di luce puntiforme per illuminare una lastra sottile con due fessure parallele e la luce che passa attraverso le fessure colpisce uno schermo dietro di loro.
Basandosi sulla teoria classica delle particelle, i risultati dell'esperimento avrebbero dovuto corrispondere alle fessure, gli impatti sullo schermo apparivano in due linee verticali. Tuttavia, non è stato così. I risultati hanno mostrato in molte circostanze uno schema di interferenza, qualcosa che potrebbe verificarsi solo se fossero stati coinvolti schemi a onda.
Le particelle classiche non interferiscono l'una con l'altra; si scontrano e basta. Se le particelle classiche vengono lanciate in linea retta attraverso una fessura, colpiranno tutte lo schermo con un modello delle stesse dimensioni e forma della fessura. Dove ci sono due fessure aperte, il modello risultante sarà semplicemente la somma dei due modelli a fessura singola (due linee verticali). Ma ancora e ancora, l'esperimento ha dimostrato che i raggi di luce coerenti stavano interferendo, creando uno schema di bande chiare e scure sullo schermo.
Tuttavia, le bande sullo schermo sono state sempre assorbite come se fossero composte da particelle discrete (alias fotoni). Per rendere le cose ancora più confuse, sono stati messi in atto dispositivi di misurazione per osservare i fotoni mentre attraversavano le fessure. Fatto ciò, i fotoni apparivano sotto forma di particelle e il loro impatto sullo schermo corrispondeva alle fessure, piccoli punti delle dimensioni di una particella distribuiti su linee verticali diritte.
Posizionando un dispositivo di osservazione in posizione, la funzione d'onda dei fotoni è crollata e la luce si è comportata di nuovo come particelle classiche! Ciò potrebbe essere risolto solo affermando che la luce si comporta sia come una particella che come un'onda e che osservandola fa sì che la gamma di possibilità comportamentali si restringa al punto in cui il loro comportamento diventa ancora una volta prevedibile.
L'esperimento della doppia fenditura non solo ha dato origine alla teoria delle onde di particelle dei fotoni, ma ha anche reso gli scienziati consapevoli dell'incredibile e confuso mondo della meccanica quantistica, dove nulla è prevedibile, tutto è relativo e l'osservatore non è più un soggetto passivo , ma un partecipante attivo con il potere di cambiare il risultato. Per una dimostrazione animata dell'esperimento a doppia fenditura, fai clic qui.
Abbiamo scritto molti articoli sull'Esperimento a doppia fenditura per la rivista Space. Ecco un forum di discussione su un esperimento di doppia fenditura fatta in casa, ed ecco un articolo sulla dualità onda-particella.
Se desideri maggiori informazioni sull'esperimento a doppia fenditura, consulta questi articoli da Physorg.com e Space.com.
Abbiamo anche registrato un intero episodio di Astronomy Cast sulla meccanica quantistica. Ascolta qui, episodio 138: Meccanica quantistica.
