Dwie szczeliny: eksperyment, który złamał intuicję

Weź źródło światła tak słabe, że wypuszcza jeden foton naraz. Przed nim przesłona z dwiema wąskimi szczelinami, za nią ekran. Każdy foton zostawia na ekranie jedną kropkę — punktowe trafienie, jak pocisk. A jednak po tysiącach trafień kropki układają się w prążki: pasma, gdzie trafień jest dużo, przedzielone pasmami, gdzie nie ma ich wcale. Uruchom źródło poniżej i patrz, jak wzór wyłania się kropka po kropce.

Kulki tak się nie zachowują

Gdyby fotony były zwykłymi kulkami, sprawa byłaby prosta: część przeleci lewą szczeliną, część prawą, a na ekranie powstaną dwa rozmyte pasma — po jednym na szczelinę. Suma dwóch stert. Prążków nie byłoby wcale, bo skąd kulka lecąca przez lewą szczelinę miałaby „wiedzieć", że prawa jest otwarta?

A jednak prążki są. Co więcej, są nawet wtedy, gdy w aparaturze znajduje się tylko jeden foton naraz — kolejny startuje dopiero, gdy poprzedni już dawno trafił w ekran. Cząstki nie mogą się więc zderzać ani „umawiać". Każdy foton z osobna interferuje sam ze sobą.

Fala prawdopodobieństwa

Mechanika kwantowa opisuje foton nie jako punkt z trajektorią, lecz jako falę prawdopodobieństwa. Ta fala przechodzi przez obie szczeliny naraz — jak fala na wodzie przez dwa przesmyki — i za przesłoną nakłada się sama na siebie. Tam, gdzie grzbiety się wzmacniają, trafienie jest częste; tam, gdzie grzbiet spotyka dolinę, fala się wygasza i fotony nie lądują nigdy. Kropka na ekranie jest pojedynczym losowaniem z tego rozkładu.

Ten sam wzór opisuje falę na wodzie i falę dźwiękową. Nowość kwantowa polega na tym, że tu faluje prawdopodobieństwo pojedynczej, niepodzielnej cząstki — a mimo to wzór na ekranie jest tak samo ostry i przewidywalny jak w wannie.

Spójrz — i prążki znikają

Dopóki nie pytasz, którędy leci, foton przechodzi obiema drogami. Zapytaj — a wybierze jedną.

Najdziwniejsza część zaczyna się teraz. Ustaw przy szczelinach detektor, który sprawdza, którędy przeszedł foton. Włącz „obserwatora" na rysunku: prążki znikają, a na ekranie zostają dwa rozmyte pasma — dokładnie tak, jakby fotony były kulkami. Sama możliwość rozróżnienia dróg niszczy interferencję. Nie chodzi o „zaburzenie" delikatnej cząstki szturchnięciem: wystarczy, że informacja „którędy" w ogóle istnieje w świecie.

To nie filozoficzna anegdota, lecz powtarzalny wynik laboratoryjny — z fotonami, elektronami, atomami, a nawet cząsteczkami złożonymi z tysięcy atomów. Granica między „kwantowym" a „zwykłym" światem nie przebiega przy jakimś rozmiarze; przebiega tam, gdzie ginie informacja o drodze.

To uproszczenieRysunek losuje trafienia z gotowego rozkladu interferencyjnego i pomija dyfrakcję na pojedynczej szczelinie, która moduluje jasność prążków. „Obserwator" to w praktyce subtelne sprzężenie fotonu z otoczeniem (dekoherencja), a nie ludzkie oko — świadomość nie odgrywa tu żadnej roli. Zasada pozostaje dokładnie ta: jest informacja o drodze — nie ma prążków.