Článek
Historické pozadí
První verzi experimentu provedl roku 1801 anglický fyzik Thomas Young. Jeho cílem bylo rozhodnout spor o povahu světla. V té době se vědci přeli, zda je světlo tvořeno částicemi, jak předpokládal Isaac Newton, nebo zda jde o vlnění. Young nechal světlo procházet dvěma úzkými štěrbinami a na stínítku za nimi pozoroval charakteristický interferenční obrazec složený z jasných a tmavých pruhů. Takový výsledek bylo možné vysvětlit pouze vlnovou povahou světla.
Po více než století se zdálo, že je otázka vyřešena. Ve 20. století však rozvoj kvantové fyziky ukázal, že situace je mnohem složitější. Pokud je otevřena pouze jedna štěrbina, na stínítku vznikne jednoduchý rozptylový obrazec. Je-li otevřena druhá štěrbina samostatně, vznikne podobný obrazec na jiné pozici.
Podle klasické logiky by při otevření obou štěrbin současně měl být výsledný obrazec pouhým součtem obou jednotlivých obrazců. Experiment však ukazuje něco jiného: vzniká interferenční obrazec složený z mnoha světlých a tmavých pásů. To znamená, že vlny vycházející z obou štěrbin se navzájem zesilují nebo ruší.
Překvapení s elektrony
Ve dvacátých letech fyzikové zjistili, že podobný experiment lze provést i s elektrony. Elektrony byly do té doby považovány za klasické částice. K překvapení vědců však při průchodu dvěma štěrbinami vytvořily stejný interferenční obrazec jako světlo.
Ještě podivnější bylo zjištění, že interferenční obrazec vzniká i tehdy, když jsou elektrony vysílány po jednom. V pokusné aparatuře se v daném okamžiku nachází pouze jediný elektron, přesto se po určité době vytvoří obrazec odpovídající interferenci. Zdá se tedy, jako by každý elektron interferoval sám se sebou.
Kvantová superpozice
Současná kvantová mechanika vysvětluje tento jev pomocí konceptu superpozice. Před měřením není elektron popsán jako objekt pohybující se konkrétní trajektorií. Jeho stav je reprezentován vlnovou funkcí, která obsahuje všechny možné cesty, jimiž může projít.
Elektron se tedy nechová tak, že by prošel pouze levou nebo pouze pravou štěrbinou. Matematický formalismus naznačuje, že jeho stav zahrnuje obě možnosti současně. Vlnové funkce odpovídající oběma cestám se skládají a vytvářejí interferenci. Pravděpodobnost dopadu elektronu na určité místo stínítka je dána druhou mocninou amplitudy výsledné vlnové funkce.
Efekt pozorovatele
Nejznámější část experimentu nastává ve chvíli, kdy se fyzikové pokusí zjistit, kterou štěrbinou elektron skutečně prošel. K tomu umístí k jednotlivým štěrbinám detektory. Jakmile je informace o trajektorii získána, interferenční obrazec zmizí. Místo něj se objeví obrazec odpovídající klasickým částicím.
Nejde přitom o působení lidského vědomí, jak bývá někdy mylně interpretováno. Rozhodující je fyzikální interakce mezi měřeným objektem a měřicím zařízením. Proces měření způsobí ztrátu koherence mezi jednotlivými kvantovými stavy. Tento jev se označuje jako dekoherence.
Moderní experimenty
Dvouštěrbinový experiment byl postupně realizován nejen se světlem a elektrony, ale také s neutrony, protony, atomy a molekulami. V roce 1999 se podařilo demonstrovat interferenci dokonce u molekul Fulleren C60 obsahujících šedesát atomů uhlíku. Tyto výsledky naznačují, že kvantové zákony nejsou omezeny pouze na elementární částice, ale platí univerzálně. Makroskopický svět se jeví jako klasický především kvůli silné interakci s okolím, která způsobuje rychlou dekoherenci.
Filozofické důsledky
Efekt dvou štěrbin vyvolal řadu interpretačních sporů. Mezi nejznámější interpretace patří: Kodaňská interpretace, Interpretace mnoha světů a Pilotní vlna. Všechny tyto přístupy poskytují stejná experimentální předpovězení, ale liší se v odpovědi na otázku, co se skutečně děje mezi přípravou experimentu a měřením. Dodnes neexistuje všeobecně přijímaný konsensus.
Závěr
Experiment dvou štěrbin představuje jeden z nejhlubších vhledů do struktury fyzikální reality. Ukazuje, že na kvantové úrovni nelze objekty popisovat pomocí intuitivních představ převzatých z každodenní zkušenosti. Částice mohou vykazovat vlnové vlastnosti, mohou existovat v superpozici stavů a jejich chování se zásadně mění při měření.
Přestože od Youngova původního experimentu uplynulo více než dvě stě let, efekt dvou štěrbin zůstává jedním z nejaktivněji diskutovaných témat moderní fyziky. Dodnes představuje nejen experimentální základ kvantové mechaniky, ale také hlubokou výzvu našemu chápání reality, prostoru, času a samotné podstaty existence.
Zdroje:
https://cs.wikipedia.org/wiki/Dvou-dvou%C5%A1t%C4%9Brbinov%C3%BD_experiment
FEYNMAN, Richard P., Robert B. LEIGHTON a Matthew SANDS. Feynmanovy přednášky o fyzice s řešenými příklady. 3. díl: Kvantová mechanika. Fragment, 2002. ISBN 80-7200-437-1. (Kapitola 1: Kvantové chování a interference).
YOUNG, Thomas. An Account of Some Cases of the Production of Colours, Not Hitherto Described. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 1802, roč. 92, s. 387–397
TONOMURA, Akira, et al. Demonstration of single‐electron buildup of an interference pattern. American Journal of Physics, 1989, roč. 57, č. 2, s. 117–120. DOI: 10.1119/1.16104 (Klíčová studie
