Długo uważana za żelazną zasadę fizyki kwantowej, falowo-korpuskularny dualizm światła, zostaje ponownie zbadana w wyniku badań sugerujących, że słynny eksperyment z podwójną szczeliną można w pełni wyjaśnić na podstawie samego zachowania fotonów, skutecznie eliminując potrzebę stosowania tradycyjnego składnika „fali”. Jeśli pogląd ten się upowszechni, może zmienić podstawy nauczania fizyki i przyspieszyć rozwój nowych zastosowań w optyce i technologiach kwantowych.
Eksperyment z podwójną szczeliną: odwieczna tajemnica
Eksperyment z podwójną szczeliną, przeprowadzony po raz pierwszy przez Thomasa Younga w 1801 roku, wykazał, że światło wykazuje zarówno wzorce interferencji fal, jak i zachowanie cząstek. Przez ponad dwa stulecia fizycy godzili tę dwoistość, argumentując, że światło istnieje w obu stanach jednocześnie, czasami zachowując się jak fala, czasami jako pojedyncze fotony.
Jednak zespół kierowany przez Celso Villas-Boasa z Uniwersytetu Federalnego w São Carlos w Brazylii proponuje inną interpretację. Twierdzą, że wzorce interferencji zaobserwowane w eksperymencie nie są wynikiem zderzeń fal, ale raczej zachowania „stanów ciemnych” w samych fotonach. Te ciemne stany to warunki kwantowe, w których fotony istnieją bez interakcji z innymi cząstkami, co wyjaśnia ciemne prążki we wzorze interferencyjnym bez konieczności uwzględniania właściwości fal.
Ponowne przemyślenie podstawowej natury światła
Konsekwencje tego odkrycia są znaczące. Jeśli ten model się potwierdzi, klasyczne rozumienie światła jako fali nie będzie konieczne do wyjaśnienia obserwowanych zjawisk. Wyniki zespołu wzbudziły już duże zainteresowanie społeczności fizyków, a Villas-Boas zgłosił zaproszenia do prezentacji prac w kilku krajach i szerokie cytowania w recenzowanej literaturze.
Propozycja nie jest pozbawiona oporów. Niektórzy fizycy, zwłaszcza ci, którzy od dziesięcioleci nauczają o dualizmie korpuskularno-falowym, są sceptyczni. Ten sceptycyzm podkreśla ważną kwestię: fundamentalne zmiany w rozumieniu nauki często spotykają się z początkowym niedowierzaniem. Villas-Boas zauważa jednak, że sama mechanika kwantowa kładzie nacisk na nierozerwalny związek obiektów kwantowych z ich interakcjami z przyrządami pomiarowymi, w tym z występowaniem w stanach ciemnych.
Poza teorią: ukryta energia i nowe technologie
Badania wykraczają poza ponowne przemyślenie istniejących eksperymentów. Villas-Boas i jego współpracownicy wykazali również, że promieniowanie cieplne, takie jak światło słoneczne, może zawierać znaczną energię zamkniętą w ciemnych stanach – energię, która nie oddziałuje z materią. Teoretycznie można to zastosować, chociaż trudności praktyczne są znaczne.
Ponadto praca zespołu otwiera drzwi do nowych możliwości technologicznych. Porzucając model fal, naukowcy mogą opracować przełączniki sterowane światłem lub materiały oddziałujące ze światłem w niespotykany dotychczas sposób, tworząc urządzenia o unikalnych właściwościach optycznych.
„Moim zdaniem nie jest to nowe. To właśnie mówi nam mechanika kwantowa”. – Celso Villas-Boas
Przeprowadzona w ramach badania rekonceptualizacja interferencji zapewnia również ramy dla zrozumienia wcześniej niewyjaśnionych zjawisk, takich jak interferencja fal bez bezpośredniego nakładania się. Ostatecznie debata wokół ciemnych fotonów podkreśla ciągłą poprawę naszego zrozumienia świata kwantowego.
