Experiment med dubbelslits: experimentet förklarades enkelt

I kvantefysiken ger det dubbla slits-experimentet en förklaring till så kallade interferensmönster - och därmed ifrågasätter vår förståelse av verkligheten. Vi förklarar på ett enkelt och förståeligt sätt vad som ligger bakom det.

Grunden för dubbelslitsexperimentet

Utgångspunkten för experimentet är Isaac Newtons antagande att ljus är en ström av partiklar. Han motiverade denna avhandling 1703 med att ljuset sprider sig längs raka linjer med hög hastighet och reflekterar förutsägbart på en spegelyta.

• 100 år senare vill Thomas Young använda ett experiment för att bevisa att ljus rör sig i vågor. Och dessutom, när du böjer dig över hinder, det vill säga gå vidare i nya, mindre vågor.
• Cirkulära vågmönster skapas vid hinder där ljuset avböjs.

Så här fungerar dubbelslitsexperimentet

Experimentet med dubbelslits består av en ljusstråle, ett hinder med två slitsar och en skärm.

• Ljuset lyser på hindret.
• Därefter bryts ljusstrålen vid kolumnerna och två vågor uppstår som fortsätter att stråla från respektive kolumner.
• Skärmen bakom kolumnerna får ljuset. Störningsmönstret finns nu där.
• Detta mönster visar inte bara två ljusa ränder (precis där ljuset lyser genom hindret), utan det finns flera ljusstreck på det.
• Anledningen: De två krökta vågorna överlappar på vägen till skärmen. Dessa överlappningar är bundna och det finns också ljusa områden mellan och bredvid de omedelbara ljusremsorna.

Interferensmönstret var inte den enda upptäckten

Men det är inte allt: experimentet upprepades med en slags elektronpistol. I stället för en ljusstråle avfyras enskilda elektroner för att undvika en interaktion.

• I detta fall förväntades ett annat resultat. I likhet med en riktig gevär som du skjuter på en vägg med två kolumner, förväntar du dig exakt två ränder på andra sidan.
• Nämligen bara exakt där bollarna - i experimentet elektronerna - passerar genom luckorna. Men här bildades också ett interferensmönster.
• För att hitta en förklaring till detta fenomen fanns sensorer i kolumnerna i nästa steg för att förstå elektronernas beteende.
• Men när forskarna startade experimentet fanns det inget interferensmönster, utan de tidigare misstänkta två remsorna av ljus.
• Följaktligen förändrades elektronernas beteende efter detektorerna installerades. Med andra ord förändrade elektronerna sitt beteende efter installation av detektorer.

Så här försöker fysiken förklara resultatet

Det var detta experiment som väckte några frågor och gav många tolkningar. En av teorierna förklarar fenomenet på följande sätt:

• Det antas att grunden för verklighet och materia endast är virtuell. Vi lever faktiskt i en virtuell verklighet, så att säga.
• Atomer, byggstenarna i allt som finns, består av 99, 9 procent tomt utrymme. Och atomkärnan består också nästan helt av tomt utrymme.
• Om du nu hänvisar till själva materien, som består av atomer, som i sin tur består av 99, 9 procent tomt utrymme, återstår bara informationen om detta ämne som en konsekvens. Eftersom ju närmare du tittar på något, desto mindre är kvar.
• Kunskap om materia i denna modell är därför viktigare än materien själv.

En annan förklaring av modellen

Denna modell kan också förklaras på följande sätt:

• Tänk på en duk bakom vilken en person använder ljus för att kasta skuggor på duken.
• Så du ser bara skuggan av objektet, projektionen. I denna verklighet finns det bara skuggan.
• Det faktiska objektet är därför endast tillgängligt för dig i form av information. Nämligen utanför din verklighet.
• Denna modell säger nu att materia endast är när en tittare tittar på den. Objektet "återges" bara när någon tittar på det.
• Så snart du vänder dig bort från ett objekt krävs inte längre den "återgivna" versionen, bara informationen om saken kvarstår.

Kvantfysik förklarar fenomenet annorlunda

I kvantfysik talar man om sannolikhetsfördelning. Först finns det bara information om elektronen. Den flyger egentligen inte en elektron mot gapet, utan bara ett moln av möjliga sannolikheter för dess faktiska position.

• Elektronens exakta position är därför fortfarande obestämd. Endast om du mäter exakt har den en faktisk position.
• När detektorerna är fästa vid slitsen försvinner sannolikhetsmolnet och elektronen får en exakt position.
• Exakt två ljusremsor visas på skärmen.
• Utan detektorer flyger två moln genom kolonnen från möjliga positioner, interagerar med varandra och interferensmönstret skapas.
• Experimentet med dubbelslits ger sålunda grunden för en annan förståelse av materien och att vår verklighet kan vara helt annorlunda än tidigare trott.

Många fysiska experiment genomförs i Cern i partikelacceleratorn. Vi förklarar vad det handlar om.