یک تداخل‌سنج تک‌اتمی راه‌حل نیلز بور برای آزمایش فکری ظاهراً متناقضی که آلبرت اینشتین ابداع کرده بود را تأیید می‌کند.

Jasper Olbrich/CC BY-SA 3.0/Wikimedia Commons

نیلز بور در سال ۱۹۲۷ اصل مکملیت (complementarity) را به مکانیک کوانتومی معرفی کرد. وی ادعا کرد که هم‌زمان نمی‌توان دو ویژگی مکمل را مشاهده یا اندازه‌گیری کرد. این مفهوم از نظر آلبرت اینشتین خوشایند نبود و بی‌درنگ آزمایش فکری‌ای طراحی کرد تا آنچه را که او ماهیت متناقض مکملیت می‌دانست، آشکار کند. اکنون جیان وی-پان (Jian-Wei Pan)، از دانشگاه علوم و فناوری چین (USTC) و همکارانش، آزمایش اینشتین را در آزمایشگاه خود انجام داده‌اند [۱]. تحقیق آنها اولین مورد از این دست نبود و نیازی هم به اثبات مکملیت نبود. با این حال چیدمان USTC توان بررسی جنبه‌های کمترشناخته‌شده مکانیک کوانتومی را دارد.

در آزمایش فکری اینشتین، ذرات از یک دوشکاف افقی می‌گذرند. نوارهای تداخلی که آشکارساز ثبت کرده، ماهیت موج‌گونه ذرات را آشکار می‌کنند. اما پیش از رسیدن ذرات به دو شکاف، ‌اینشتین آنها را از یک تک‌شکاف عبور داد که بین دو فنر حساس به تکانه نگه داشته شده بود. ذراتی که مثلاً قصد عبور از شکاف بالایی را داشتند، تکانه روبه‌پایین قابل‌آشکارسازی‌ای را به تک‌شکاف منتقل می‌کردند و ماهیت ذره‌گونه خود را نشان می‌دادند. آنها همچنین، همچون اجسامی موج‌گونه، هنوز هم نوارهای تداخلی ایجاد می‌کردند. و از آنجا که ذره‌گونه و موج‌گونه بودن مکمل یکدیگرند وجود نوارها، مکملیت را نقض می‌کند. بور این تناقض ظاهری را با اشاره به این که اندازه‌گیری دقیق اندازه‌حرکت ذره،‌ با توجه به اصل عدم‌ِقطعیت، مکان ذره را نامشخص کرده و نوارها را از بین می‌برد،‌ حل کرد.

ذرات در آزمون آزمایشگاه USTC تک فوتون‌ها بودند و تک‌شکاف یک اتم روبیدیوم تکیِ گیرافتاده در یک انبرک اپتیکی بود. پان و همکارانش با تنظیم عدمِ‌قطعیت اندازه‌حرکت فوتون‌ها توانستند مطابق با نظریه، نوارها را کم‌وبیش محو کنند. درعینِ‌حال که مکملیت بر پایه‌های فیزیکی محکمی استوار است، محققان پیش‌بینی می‌کنند که بتوانند از ابزار خود برای بررسی پرسش‌های بی‌پاسخ بیشتری درباره چگونگی تأثیرگذاری ناهمدوسی و درهم‌تنیدگی بر یکدیگر استفاده کنند.

[۱] Y.-C. Zhang et al., “Tunable Einstein-Bohr recoiling-slit Gedankenexperiment at the quantum limit,” Phys. Rev. Lett. 135, 230202 (2025).

منبع:

Einstein’s Slit with a Single Atom