Eksperyment Younga, czyli proste doświadczenie, które zakwestionowało prawdziwość świata

Wynik eksperymentu Younga (zdj. Dr. Tonomura, Belsazar)

W grach komputerowych, jakość rozgrywki zależy od możliwości używanego przez nas sprzętu. Im bardziej rozbudowane światy i mechaniki, tym więcej mocy obliczeniowej będzie potrzebował komputer do „obsłużenia” wykonywanych przez gracza posunięć. Właśnie dlatego, generowane jest w nich tylko tyle świata gry, ile konieczne jest w danej chwili – tylko te części, na które ktoś patrzy lub z którymi prowadzi interakcję. Okazuje się, że podobne zjawisko możemy zaobserwować w naszym świecie.

Światło jest falą

Znany od wielu lat eksperyment Younga początkowo nie wzbudził wielu kontrowersji. Był on jednak przełomowy - pomógł udowodnić falową naturę światła. Oryginalnie, polegał on na przepuszczeniu wiązki świetlnej przez dwie położone obok siebie szczeliny i obserwacji powstającego obrazu. 

Jeśli przez pojedynczą szczelinę przepuścimy wiązkę cząsteczek, powstały obraz będzie miał formę kształtu odpowiadającego szczelinie. Jeśli natomiast przepuścimy przez nią falę, ujrzymy kształt rozchodzących się fal. Przynajmniej tak mówi nam klasyczna fizyka. Analogicznie powinno dziać się w przypadku wykorzystywanych w eksperymencie dwóch położonych równolegle szczelin, z tą różnicą, że widoczne będą odpowiednio: dwa „cząsteczkowe odbicia” i wzór interferencyjny (wizualizujący rozchodzenie się fal, wytwarzany przez zderzanie się i wzajemne ich oddziaływanie).

Poprawne zachowanie cząsteczek i fal

W przypadku cząsteczek elementarnych takich jak np. elektrony lub fotony powinniśmy oczekiwać, że będą zachowywać się zgodnie z zasadami przyjętymi dla ich grupy - cząsteczek. I rzeczywiście, początkowo tak się dzieje. Otrzymujemy zgodny z ułożeniem i kształtem szczeliny obraz – ale tylko gdy użyjemy uproszczonej wersji eksperymentu. Problem pojawia się w przypadku użycia dwóch szczelin. Naszym oczom ukazuje się wtedy bowiem wzór interferencyjny. Dlaczego tak się dzieje?

Zachowanie elektronów w eksperymencie Younga.

Początkowo naukowcy założyli, że powstający obraz jest skutkiem zderzania się cząsteczek w locie, co powoduje rozchodzenie się ich na wzór fal. Założenie to stanowiło poważny kontrargument dla korpuskularnej koncepcji światła, której zwolennikiem był Isaac Newton. Późniejsze modyfikacje eksperymentu spowodowały jednak, że wytłumaczenie tego zjawiska stało się o wiele bardziej skomplikowane.

Świat jak gra komputerowa

Gdy przez szczeliny przepuszczono pojedyncze fotony (tak aby nie mogły nawzajem się ze sobą zderzać i na siebie wpływać), okazało się, że otrzymany obraz nadal jest wzorem interferencyjnym. Zachowanie to przeczyło znanym prawom fizyki. Czy pojedyncza cząsteczka mogła rozdzielić się lub zduplikować, przejść jednocześnie przez obie szczeliny i tak na siebie zadziałać, że padała ona w całości na płaszczyznę i wraz z tysiącami innych (jeszcze nie wystrzelonych) identycznych cząsteczek układać się w ściśle określony wzór? Było to założenie wprost niedorzeczne. Stanowiło jednak punkt wyjścia do zrozumienia podstaw dziedziny, którą dziś nazywamy fizyką kwantową.

Chcąc dokładnie zbadać tor lotu pojedynczej cząsteczki, przy szczelinach ustawiono detektor. I w tym momencie zjawisko z niedorzecznego zmieniło się w niemal paranormalne. Kiedy detektor pracował, wyrzucane cząsteczki tworzyły na płaszczyźnie dwa prostokąty odpowiadające kształtem i ułożeniem szczelinom. Kiedy tylko zostawał wyłączony, ponownie oczom naukowców ukazywał się wzór interferencyjny. Jego działanie zmieniało sposób zachowania cząsteczek. Jakby świadome bycia obserwowanymi, fotony zachowywały się tak jak „powinny” – podobnie jak elementy w grach komputerowych. Czy to ostateczny dowód na to, że nasz świat jest symulacją?

Mgławica Laguna (zdj. ESO/VPHAS+ team)

Co mówi nam eksperyment Younga? 

Jak zawsze mamy więcej pytań niż odpowiedzi. Naukowcy nadal nie znaleźli przyczyny dziwnego wyniku eksperymentu. Założono, że niektóre „cząsteczki” łączą zarówno właściwości odpowiednie dla cząstek  jak i dla fal. Jest to sławny dualizm korpuskularno-falowy w fizyce kwantowej. Doświadczenie sugeruje również, że obserwowanie obiektu wpływa na jego zachowanie. Odpowiedź na pytanie jak i dlaczego się to dzieje pozostaje jednak problemem, którego rozwiązania niestety jak na razie nie znamy. Co za tym idzie, pozostanie ono (jeszcze przynajmniej przez chwilę) wyjściem do rozważań o istocie świata i samego istnienia. 

Warto pamiętać jednak, że ten świat (nie ważne czy sztuczny czy nie) jest naszym domem i warto cieszyć się z jego istnienia. Nawet jeśli kiedyś znajdziemy sposób na udowodnienie lub zaprzeczenie jego prawdziwości, nie wpłynie to diametralnie na życie zwykłych ludzi. Dlatego lepiej dobrze wykorzystać nasz czas tutaj, bo (o ile wiemy na ten moment) jest on bardzo ograniczony i jedyny w swoim rodzaju.

Bibliografia:

Physics in a minute: The double slit experiment; Marianne
https://plus.maths.org/content/physics-minute-double-slit-experiment-0

Definition: Double-slit experiment;
https://www.techtarget.com/whatis/definition/double-slit-experiment

The evidence we are living in a Simulation is everywhere. All you have to do is look; The Why Files
https://www.youtube.com/watch?v=4wMhXxZ1zNM