Luce... è una particella o un'onda? Quali meccanismi fondamentali ne governano il comportamento? E, soprattutto, il semplice atto di osservazione altera questo comportamento? Questo è l'enigma su cui i fisici quantistici hanno sconcertato per molti secoli, da quando la meccanica delle onde fotoniche è stata teorizzata e l'esperimento Double Slit è stato condotto per la prima volta.
Conosciuto anche come esperimento di Young, questo prevedeva fasci di particelle o onde coerenti che passavano attraverso due fenditure ravvicinate, il cui scopo era misurare gli impatti risultanti su uno schermo dietro di loro. Nella meccanica quantistica l'esperimento della doppia fenditura ha dimostrato l'inseparabilità della natura ondulatoria e particellare della luce e di altre particelle quantistiche.
L'esperimento della doppia fenditura fu condotto per la prima volta da Thomas Young nel 1803, anche se si dice che Sir Isaac Newton abbia eseguito un esperimento simile ai suoi tempi. Durante gli esperimenti originali, Newton ha illuminato un piccolo capello, mentre Young ha usato un foglietto di carta con una fessura. Più di recente, gli scienziati hanno utilizzato una sorgente 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 esse.
Basandosi sulla teoria classica delle particelle, i risultati dell'esperimento avrebbero dovuto corrispondere alle fenditure, gli impatti sullo schermo che apparivano in due linee verticali. Tuttavia, questo non era il caso. I risultati hanno mostrato in molte circostanze un modello di interferenza, qualcosa che potrebbe verificarsi solo se fossero stati coinvolti modelli di onde.
Le particelle classiche non interferiscono tra loro; si limitano a scontrarsi. Se le particelle classiche vengono lanciate in linea retta attraverso una fessura, colpiranno tutte lo schermo in uno schema della stessa dimensione e forma della fessura. Dove sono presenti due fenditure aperte, il motivo risultante sarà semplicemente la somma dei due motivi a fessura singola (due linee verticali). Ma ancora e ancora, l'esperimento ha dimostrato che i fasci di luce coerenti stavano interferendo, creando uno schema di bande luminose e scure sullo schermo.
Tuttavia, le bande sullo schermo venivano sempre assorbite come se fossero composte da particelle discrete (dette anche fotoni). Per rendere le cose ancora più confuse, sono stati messi in atto dispositivi di misurazione per osservare i fotoni mentre passavano attraverso le fenditure. Fatto ciò, i fotoni apparivano sotto forma di particelle e i loro impatti sullo schermo corrispondevano alle fenditure, minuscole macchie delle dimensioni di una particella distribuite in linee rette verticali.
Posizionando un dispositivo di osservazione, la funzione d'onda dei fotoni è crollata e la luce si è comportata ancora una volta come particelle classiche! Questo potrebbe essere risolto solo affermando che la luce si comporta sia come una particella che come un'onda, e che osservandole fa sì che la gamma delle possibilità comportamentali si restringa al punto in cui il loro comportamento diventa di nuovo prevedibile.
L'esperimento Double Slit non solo ha dato origine alla teoria particella-onda 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 Double Slit, clicca qui.
Abbiamo scritto molti articoli sull'esperimento della doppia fenditura per Universe Today. Ecco una discussione sul forum su un esperimento della doppia fenditura fatto in casa, ed ecco un articolo sulla dualità onda-particella.
Se desideri maggiori informazioni sull'esperimento della doppia fenditura, dai un'occhiata a questi articoli di Physorg.com e Space.com .
Abbiamo anche registrato un intero episodio di Astronomy Cast sulla meccanica quantistica. Ascolta qui, Episodio 138: Meccanica Quantistica .
