Licht ... is het een deeltje of een golf? Welke fundamentele mechanica regelt het gedrag ervan? En nog belangrijker: verandert het gedrag alleen al door observatie? Dit is het raadsel dat kwantumfysici al eeuwenlang puzzelen, sinds foton-golfmechanica werd getheoretiseerd en het Double Slit-experiment voor het eerst werd uitgevoerd.
Ook bekend als het experiment van Young, betrof dit deeltjesbundels of coherente golven die door twee dicht bij elkaar gelegen spleten gingen, met als doel de resulterende impact op een scherm erachter te meten. In de kwantummechanica toonde het experiment met dubbele sleuven de onafscheidelijkheid van de golf- en deeltjesnatuur van licht en andere kwantumdeeltjes aan.
Het Double Slit Experiment werd voor het eerst uitgevoerd door Thomas Young in 1803, hoewel Sir Isaac Newton in zijn eigen tijd een soortgelijk experiment zou hebben uitgevoerd. Tijdens de oorspronkelijke experimenten scheen Newton licht op een klein haar, terwijl Young een strookje kaart gebruikte met een spleet erin gesneden. Meer recentelijk hebben wetenschappers een puntlichtbron gebruikt om een dunne plaat met twee parallelle spleten te verlichten, en het licht dat door de spleten gaat, valt op een scherm erachter.
Zich baserend op de klassieke deeltjestheorie, zouden de resultaten van het experiment overeen moeten komen met de spleten, waarbij de effecten op het scherm in twee verticale lijnen zouden verschijnen. Dit was echter niet het geval. De resultaten lieten onder veel omstandigheden een interferentiepatroon zien, iets dat alleen kon optreden als er sprake was van golfpatronen.
Klassieke deeltjes interfereren niet met elkaar; ze botsen alleen maar. Als klassieke deeltjes in een rechte lijn door een spleet worden afgevuurd, zullen ze allemaal het scherm raken in een patroon van dezelfde grootte en vorm als de spleet. Als er twee open spleten zijn, is het resulterende patroon gewoon de som van de twee patronen met één split (twee verticale lijnen). Maar steeds weer toonde het experiment aan dat de coherente lichtstralen interfereerden, waardoor een patroon van heldere en donkere banden op het scherm ontstond.
De banden op het scherm bleken echter altijd te worden geabsorbeerd alsof ze waren samengesteld uit afzonderlijke deeltjes (ook bekend als fotonen). Om de zaken nog verwarrender te maken, werden er meetinstrumenten geplaatst om de fotonen te observeren terwijl ze door de spleten gingen. Toen dit gebeurde, verschenen de fotonen in de vorm van deeltjes en hun impact op het scherm kwam overeen met de spleten, kleine deeltjes ter grootte van een deeltje, verdeeld in rechte verticale lijnen.
Door een observatieapparaat te plaatsen, stortte de golffunctie van de fotonen in en gedroeg het licht zich weer als klassieke deeltjes! Dit kon alleen worden opgelost door te beweren dat licht zich gedraagt als zowel een deeltje als een golf, en dat het observeren ervan ervoor zorgt dat de reeks gedragsmogelijkheden zich verkleint tot het punt waarop hun gedrag weer voorspelbaar wordt.
Het Double Slit-experiment leidde niet alleen tot de deeltjesgolftheorie van fotonen, maar maakte wetenschappers ook bewust van de ongelooflijke, verwarrende wereld van de kwantummechanica, waar niets voorspelbaar is, alles relatief is en de waarnemer niet langer een passief onderwerp is , maar een actieve deelnemer met de kracht om de uitkomst te veranderen. Klik hier voor een geanimeerde demonstratie van het Double Slit-experiment.
We hebben veel artikelen geschreven over het Double Slit Experiment voor Space Magazine. Hier is een forumdiscussie over een zelfgemaakt experiment met dubbele sleuven en hier is een artikel over de dualiteit van golfdeeltjes.
Als je meer informatie wilt over het experiment met dubbele sleuven, bekijk dan deze artikelen van Physorg.com en Space.com.
We hebben ook een hele aflevering van Astronomy Cast opgenomen over Quantum Mechanics. Luister hier, aflevering 138: Quantum Mechanics.
