Een al lang bestaand principe van de kwantumfysica – de dualiteit van licht en golven – wordt opnieuw onder de loep genomen na onderzoek dat suggereert dat het iconische dubbelspletenexperiment volledig kan worden verklaard met behulp van alleen fotongedrag, waardoor de noodzaak voor de traditionele ‘golf’-component effectief wordt geëlimineerd. Deze verschuiving zou, als deze breed geaccepteerd wordt, het fundamentele natuurkundeonderwijs kunnen hervormen en nieuwe toepassingen in de optica en kwantumtechnologie kunnen versnellen.
Het dubbelspletenexperiment: een eeuwenoude puzzel
Het dubbelspletenexperiment, voor het eerst uitgevoerd door Thomas Young in 1801, toonde aan dat licht zowel golfachtige interferentiepatronen als deeltjesachtig gedrag vertoont. Ruim twee eeuwen lang hebben natuurkundigen deze dualiteit verzoend door te stellen dat licht als beide tegelijk bestaat: soms gedraagt het zich als een golf, soms als afzonderlijke fotonen.
Een team onder leiding van Celso Villas-Boas van de Federale Universiteit van São Carlos in Brazilië stelt echter een andere interpretatie voor. Ze beweren dat de interferentiepatronen die in het experiment zijn waargenomen niet het gevolg zijn van botsende golven, maar eerder het gedrag van “donkere toestanden”** binnen de fotonen zelf. Deze donkere toestanden zijn kwantumomstandigheden waarin fotonen bestaan zonder interactie met andere deeltjes, wat de donkere randen in het interferentiepatroon verklaart zonder golfachtige eigenschappen te vereisen.
De fundamentele aard van licht heroverwegen
De gevolgen zijn aanzienlijk. Indien geverifieerd betekent dit model dat het klassieke begrip van licht als een golf niet noodzakelijk is om waargenomen verschijnselen te verklaren. De bevindingen van het team hebben al veel aandacht gekregen binnen de natuurkundegemeenschap, waarbij Villas-Boas uitnodigingen rapporteerde om het werk in meerdere landen te presenteren en wijdverbreide citaten in peer-reviewed literatuur.
Het voorstel is niet zonder weerstand. Sommige natuurkundigen, vooral degenen die de dualiteit tussen golven en deeltjes al tientallen jaren onderwijzen, zijn sceptisch. Deze terugval benadrukt een cruciaal punt: fundamentele verschuivingen in het wetenschappelijk inzicht stuiten vaak op aanvankelijk scepticisme. Villas-Boas wijst er echter op dat de kwantummechanica zelf de onlosmakelijke link benadrukt tussen kwantumobjecten en hun interactie met meetapparatuur, inclusief bestaande in donkere staten.
Voorbij de theorie: verborgen energie en nieuwe technologieën
Het onderzoek gaat verder dan het herinterpreteren van bestaande experimenten. Villas-Boas en zijn collega’s hebben ook aangetoond dat thermische straling, zoals zonlicht, aanzienlijke energie kan bevatten die opgesloten zit in deze donkere toestanden – energie die geen interactie heeft met materie. Dit zou potentieel kunnen worden benut, hoewel de praktische uitdagingen aanzienlijk zijn.
Bovendien opent het werk van het team deuren naar nieuwe technologische mogelijkheden. Door het golfmodel achter zich te laten, zouden wetenschappers door licht aangedreven schakelaars of materialen kunnen ontwerpen die op ongekende manieren met licht interageren, waardoor apparaten met unieke optische eigenschappen ontstaan.
“Dit is naar mijn mening niet nieuw. Dit is wat de kwantummechanica al tegen ons zegt.” – Celso Villas-Boas
De herinterpretatie van interferentie in het onderzoek biedt ook een raamwerk voor het begrijpen van voorheen onverklaarbare verschijnselen, zoals golven die interfereren zonder directe overlap. Uiteindelijk onderstreept het debat rond donkere fotonen de voortdurende verfijning van ons begrip van de kwantumwereld.
