A fény kettős természete

Hullám, vagy részecskeszerűen viselkedik a fény?

Régi kérdés, számtalan helyen ki van tárgyalva ( Wiki,  Bohr komplementaritás elve  Koppenhágai értelmezés ), most mégis szeretnék pár mondatban ezzel foglalkozni, mert nagyon alapvető részét képezi a kvantummechanikának.

Varró Sándor írásából idéznék, amely elég részletesen kitárgyalja, hogy milyen problémák vizsgálata vezetett a ma elfogadott és matematikailag tökéletesen működő modellekhez. Az írásból kiragadott ábrán a kettős viselkedést demonstrálja a szerző:

2.a  ábra. Az elektromágneses hullámok szétterjedése kisméretű forrásból a klasszikus elektrodinamikának megfelelően.
2.b ábra. Einstein fotonhipotézise szerint egy pontszerű fényforrásból kisugárzott energia végesszámú térbeli pontban koncentrált fénykvantum formájában terjed szét. E kvantumok zérus nyugalmi tömegű, c fénysebességgel egyenes vonalban mozgó részecskék, energiájuk νh, s emellett ch/ν nagyságú impulzust is hordoznak.

Azokban az időkben eldöntendő kérdésnek számított, hiszen a kétfajta viselkedés egyszerre nehezen elképzelhető.

„( Einstein… ) A klasszikus elektrodinamikával ellentétben azt állítja, hogy például spontán emisszió során az atom visszalökődik, mivel a sugárzás valamilyen adott irányban távozik, és nem egy gömbhullám formájában. Ezt a jelenséget először R. Frisch igazolta 1933-ban erősen kollimált Na-atomnyalábokon végzett méréseivel. ( A sugárzás ilyen mechanikai hatásának kulcsfontosságú szerepe van napjaink egyik legfejlettebb technikájában, nevezetesen a lézeres hűtés technikájában. ) Amint látjuk, ismét a pontszerű fényrészecskével találkozunk, amely a sugárzáskor egy valamilyen véletlen irányban, de ugyanakkor egy kis kúpszögben puskagolyószerűen elhagyja az atomot.
Az a különös, hogy a Selényi-kísérlet szerint a fénykibocsátás gömbhullám formájában történik, míg a Frisch-féle kísérlet azt mutatja, hogy valamilyen adott irányban. A látszólagos ellentmondás valójában a komplementaritás egy tipikus kifejeződése. Kissé szabadon fogalmazva azt is mondhatjuk, hogy a fény a két különböző kísérleti elrendezésnek megfelelően két egymást kiegészítő, ellentétes arcát mutatta. A Selényi-kísérletben az atomok rögzítve vannak, míg Frisch kísérletében szabadon elmozdulhatnak, s ennek megfelelően az első esetben az interferencia észlelhető.”

Ha mindenképp elvárjuk, hogy a kísérletben kiderüljön, hogy miképpen viselkedik a fény, akkor elmondhatjuk, hogy a kísérlet konfigurációjától fog függeni a végeredmény: kialakul interferencia, vagy nem?

A kísérlet végén tehát mindenképp valamilyen eredményre fogunk jutni, és ez jól fogja jellemezni a fény viselkedését. De mindenképp a kezdeti konfiguráció szabja meg, hogy előbújik-e a foton hullámtulajdonsága? Wheeler (aki komolyan vette ennek a kérdésnek a vizsgálatát) kísérleteiben arra mutatott rá, hogy nem feltétlenül. A foton számára a választást arra vonatkozóan, hogy “hogyan viselkedjen”, a kibocsátása után, tetszőlegesen késleltetve is kikényszeríthetjük. A késleltetett választásos kísérletek ennek a vizsgálatára szakosodtak.

Ez a választás extrém módon akár még a foton megsemmisüléséig is elhalasztható. Tulajdonképp ezáltal kimondható, hogy mind a keletkezéskori, mindpedig a megérkezéskori körülmények befolyásolják a fény viselkedését – egész útjára vonatkozólag.

A megérkezéskori feltételeket viszont időben később szabhatjuk meg… nos, mivel látszólag ettől is függ a fény viselkedése, ez arra utalna, hogy a jelen eseményei visszahatnak a múltra. Ez a gondolatmenet szülte a fényterjedés retrokauzalitási elméleteit.

Alternatív link

Folytatás >>>