Kvantinė mechanika yra gerai žinoma savo neįprastais teiginiais. Pavyzdžiui, medžio virtimas miške, jei nieko aplinkui nėra, nesukuria garso. Kvantinė mechanika taip pat teigia, kad, jei kas nors klausosi, tai vyksta sąveika ir tai keičia pačius medžius. Ir garsiausias paradoksas – kaip galime suprasti pasaulį, jei negalime jo išmatuoti jo nekeisdami.
Kvantinė mechanika yra gerai žinoma savo neįprastais teiginiais. Pavyzdžiui, medžio virtimas miške, jei nieko aplinkui nėra, nesukuria garso. Kvantinė mechanika taip pat teigia, kad, jei kas nors klausosi, tai vyksta sąveika ir tai keičia pačius medžius. Ir garsiausias paradoksas – kaip galime suprasti pasaulį, jei negalime jo išmatuoti jo nekeisdami.
Mokslininkų grupė, vadovaujama Toronto universiteto fiziko Abhraimo Steinbergo (Aephraim Steinberg), dirbančio Kvantinės informacijos ir kvantinio valdymo centre, sugebėjo tai padaryti pritaikę šiuolaikinius matavimo metodus labai gerai žinomam dviejų plyšių interferencijos eksperimentui. Dviejų plyšių interferencijos eksperimente šviesos spindulys apšviečia du plokštelėje esančius siaurus plyšius ir, už plokštelės esančiame ekrane stebimas interferencinis vaizdas.
Šis garsus eksperimentas bei ne mažiau garsūs Nilso Boro ir Alberto Einšteino debatai nustatė, kad neįmanoma nustatyti, pro kurį plyšį praėjo dalelė nesugadinus interferencijos efekto. Tai yra reikia pasirinkti, ką ruošiatės savo eksperimente stebėti – dalelę, einančią pro plyšį, ar kuriamą interferencinį vaizdą.
„Visą šimtmetį kvantiniai matavimai buvo filosofinis dramblys kvantinės mechanikos kambaryje, – pasakė Steinbergas, kuris taip pat yra ir straipsnio, atspausdinto „Science“ žurnale, pirmasis bendraautorius. – Tačiau per pastaruosius dešimt ar penkiolika metų technologijos pasiekė ribą, kai gali būti atlikti detalūs atskirų kvantinių sistemų matavimai. Nauji metodai gali būti, iš esmės, taikomi kvantinei kriptografijai ar kvantiniuose skaičiavimuose.“
Atliktame eksperimente mokslininkams pirmą kartą pavyko eksperimentiškai atstatyti pilną dalelės trajektoriją. Nustatyta trajektorija parodo dalelės judėjimą per du plyšius bei interferencijos susiformavimą. Jų matavimų metodas remiasi nauja silpnų matavimų teorija, sukurta Jakiro Aronovo (Yakir Aharonov) grupės, dirbančios Tel Avivo universitete. Horvardas Vaismanas (Howard Wiseman) iš Grifito universiteto (Griffith University) iškėlė idėją, kad turėtų būti įmanoma išmatuoti fotono (šviesos dalelės) judėjimo kryptį priklausomai nuo vietos, kur dalelė randasi. Sudėjus turimą informaciją apie fotono kryptį skirtinguose taškuose, būtų galima sudaryti visą judėjimo kelią, tai yra dalelės trajektoriją iki ekrano.
„Mūsų eksperimente buvo naudojamas atskirų fotonų šaltinis, sukurtas Nacionaliniame standartų ir technologijų institute, esančiame Kolorado valstijoje. Šaltinis siuntė po vieną fotoną į interferometrą. Mes naudojome kvarco kalcitą, kuris veikia šviesą ir šis poveikis priklauso nuo šviesos krypties. Tokiu būdu buvo išmatuota fotono judėjimo kryptis kaip erdvės funkcija. Pagal Vaismano teoriją, mūsų išmatuotos trajektorijos yra suderinamos su tikromis trajektorijomis. Tačiau tai nesutelpa į įprastą kvantinės mechanikos aiškinimą. Reikia remtis Deivido Bomo (David Bohm) ir Lui de Broilio (Louis de Broglie) kvantinės mechanikos interpretacija“, – paaiškino Steinbergas.
Pradinis dviejų plyšių eksperimentas vaidino pagrindinį vaidmenį pradinėje kvantinės mechanikos vystymosi stadijoje. Tai leido suformuluoti Boro papildomumo principą. Papildomumo principas reiškia, kad dalelės ar bangos tipo elgesio stebėjimas dviejų plyšių eksperimente priklauso nuo atlikto matavimo rūšies. Sistema negali vienu metu elgtis kaip dalelė ar banga. Steinbergas savo eksperimente parodė, kad taip nėra – sistema gali būti nagrinėjama vienu metu kaip turinti abiejų tipų savybes.
„Atlikę šiuolaikinius matavimus istoriniame dviejų plyšių eksperimente, mes galėjome stebėti vidutinę dalelės, kuri dalyvauja bangų interferencijoje, trajektoriją. Tai pirmas tokios rūšies eksperimentas. Gauti duomenys yra labai svarbūs vykstantiems ginčams tarp įvairių kvantinės mechanikos teorijos interpretacijų, – pabrėžė Steinbergas. – Tai rodo, kad ilgai nenagrinėti klausimai apie galimus įvairių rūšių matavimus kvantinėje mechanikoje gali būti realizuoti laboratorijose. Ir silpni matavimai, kuriuos mes naudojame savo darbe, gali būti svarbūs tiriant įvairius naujos rūšies reiškinius. Žinoma, labiausiai esame susijaudinę galėdami stebėti, kuris fotonas eina per interferometrą. Tai yra kažkas, ką mus mokė vadovėliai ir profesoriai kaip neįmanomą.“
