Dojšterbinový experiment, kvantový level. Kredit: MIT.

Je to skoro jako nějaký šílený fyzikální vtip. Před sto lety se chytli Einstein s Bohrem ohledně legendárního dvojštěrbinového experimentu. Bylo to v roce 1927 a v té době byl tenhle jednoduchý a omráčivě přesvědčivý experiment už doopravdy legendou. Poprvé ho udělal britský učenec Thomas Young v roce 1801.

Vitaly Fedoseev zcela vpravo. Kredit: Fedoseev et al. / MIT.

Einstein, zarytý odpůrce pravděpodobnostní povahy kvantové mechaniky, lišácky tvrdil, že foton projde jenom jednou ze dvou štěrbin, ale že při tom vznikne síla, která zatřepe štěrbinou. Dokonce navrhl, že by bylo možné takovou sílu detekovat a zároveň pozorovat interferenční obrazec, což by zároveň zobrazilo částicovou lomeno vlnovou povahu světla.

Bohr se ovšem nenechal vyvést z míry, aplikoval kvantově mechanický princip neurčitosti a ukázal, že detekce dráhy fotonu by vymyla interferenční obrazec. Fyzici od té doby testovali spoustu variant dvojštěrbinového experimentu. Ve všech případech více či méně přesvědčivě potvrdili, že Bohr měl pravdu a že Einstein raději měl svého boha naučit hrát v kostky.

Dojšterbinový experiment. Kredit: NekoJaNekoJa, Vector: Johannes Kalliauer, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Vitaly Fedoseev z Massachusetts Institute of Technology a jeho kolegové teď šli úplně na dřeň a ořezali tento slavný experiment na samotné kvantové základy. Jako štěrbiny použili jednotlivé atomy, které ozařovali slabými světelnými paprsky, aby se na každém atomu rozptýlil maximálně jeden foton. Atom je, přinejmenším v této době, nejmenší štěrbina, jakou lze udělat.

Tedy přesněji řečeno použili přes 10 tisíc ultrachladných atomů, které pomocí soustavy laserových paprsků uspořádali do mřížky podobné krystalu. Atomy byly poskládané tak, aby se navzájem neovlivňovaly, ale současně aby těchto 10 tisíc atomů vytvořilo snadněji detekovatelný signál.

Experiment dopadl skvěle, tedy pro Bohra. Einstein opět prohrál. Fedoseev a spol. potvrdili předpovědi kvantové mechaniky. Čím více zjistili o dotyčném fotonu, tím méně byla viditelná slavná interference, která je výsledky dvojštěrbinového experimentu. Těžko říct, jestli by si Einstein s Bohrem tipli, že tenhle experiment jednou uděláme s jednotlivými atomy a fotony. Ale nejspíš by z toho měli radost.

Video: The Weird Experiment that Changes When Observed

Video: Simple double slit experiment at home

Literatura

MIT News 28. 7. 2025.

Physical Review Letters 135: 043601.