Světlo má dvě identity, které nelze vidět současně. Fyzici z MIT provedli dosud nejpřesnější verzi proslulého experimentu se dvěma štěrbinami, přičemž použili jednotlivé atomy. Jaký byl výsledek? Potvrzení základního principu kvantové mechaniky a konečný důkaz, že v proslulém sporu s Nielsem Bohrem, Albert Einstein se mýlil.

Experiment se dvěma štěrbinami je klasikou fyziky, kterou zná každý středoškolák (nebo alespoň by měl znát). Když propustíme světlo skrze dvě štěrbiny, na obrazovce za nimi neuvidíme dvě jasné skvrny (jakoby jsme stříleli míčky), ale střídající se jasné a tmavé pruhy – interference, která dokazuje vlnovou povahu světla.

Magie však začíná ve chvíli, kdy se pokusíme pohlédnout na to, skrze kterou štěrbinu foton proletěl. V tomto případě vzor zmizí a světlo se chová jako částice. Příroda chrání své tajemství: nedovoluje pozorovat oba stavy současně.

Válka gigantů: Einstein proti Bohrovi

V roce 1927 Albert Einstein zpochybnil tuto koncepci. Tvrdil, že foton, který prochází štěrbinou, by měl na ni vyvinout minimální tlak – jako pták dotýkající se listu při letu. Einstein považoval, že měřením tohoto „šustění“ by bylo možné určit dráhu částice, aniž by se zničil vlnový interferenční vzor. Stručně řečeno, chtěl mít svůj koláč a zároveň si ho sníst. Niels Bohr odpověděl, že samotný pokus o měření by stejně zničil vlnovou povahu jevu.

Po mnoho let probíhalo mnoho testů, ale teprve nyní tým z MIT pod vedením profesora Wolfganga Ketterle provedl experiment v „ideální“ verzi, vracející se k kvantovým základům.

Atomy místo štěrbin

Vědci nepoužili papír s štěrbinami. Místo toho využili mrak 10 000 atomů schlazených téměř na absolutní nulu a uspořádaných lasery do ideální sítě. Každý atom fungoval jako samostatná „štěrbina“, rozptylující jednotlivé fotony.

Klíčovým prvkem bylo ovládání „rozmazanosti“ atomů. Čím volněji byl atom držen laserem, tím více byl „rozmazaný“ v prostoru a tím snáze reagoval na zásah fotonu (registroval jeho dráhu). Podle Bohrova předpokladu, čím více informací o dráze částice (tedy čím více atom „šustil“ jako list v Einsteinově příkladu), tím slabší se stával vlnový vzor.

Bez pružin, bez podvodů

Badatelé šli ještě o krok dál. Aby vyvrátili teorii, že všechny síly odpovědné za atomy, vypnuli lasery na zlomek sekundy. Měření byla provedena na volně padajících atomech ve vakuu. Výsledek byl identický: kvantová mechanika funguje neomylně.

Experiment potvrdil, že přírodu nelze ošálit. Molekulární pozorování vždy ničí vlnový obraz. Einstein se mýlil, když si myslel, že je možné to obejít chytrým měřením zpětného rázu.

Publikace MIT je krásným poctou vědě v roce 2025, vyhlášeném OSN Mezinárodním rokem kvantové vědy a technologií. Jak upozorňují autoři, je to „skvělá náhoda“, že se historický spor podařilo konečně vyřešit přesně v století vzniku kvantové mechaniky.