Στην ερώτηση ποιο θεωρείτε το μεγαλύτερο μυστήριο της επιστήμης τι θα απαντούσατε; Επίσης τι θα απαντούσατε στην ερώτηση ποιο θεωρείτε το ομορφότερο πείραμα στην Ιστορία που έχει να κάνει με ένα μεγάλο μυστήριο της επιστήμης; Σύμφωνα με πολλούς ίσως το μεγαλύτερο μυστήριο του φυσικού μας κόσμου είναι αυτό που αποτελεί την καρδιά της κβαντικής φυσικής πάνω στην οποία είναι χτισμένο ένα μεγάλο μέρος των τεχνολογικών μας επιτευγμάτων. Το μυστήριο αυτό αφορά στη δισυπόστατη φύση (και κύμα και σωματίδιο ταυτόχρονα) του κβαντικού κόσμου και αποτέλεσε αντικείμενο φιλονικίας μεταξύ μεγάλων επιστημόνων για αιώνες.

Η φιλονικία αυτή ξεκίνησε τον δέκατο έβδομο αιώνα μεταξύ δύο στρατοπέδων όπου στο ένα ήταν πρωτοστάτης ο Νεύτωνας και στο άλλο οι Χουκ (Hooke) και Χόυχενς (Huygens). Στο στρατόπεδο του Νεύτωνα πίστευαν στη σωματιδιακή φύση του φωτός και αναφέρονταν συχνά στην ανάκλασή του για να στηρίξουν τον ισχυρισμό τους. Στο αντίπαλο στρατόπεδο αρκετοί επιστήμονες πίστευαν στην κυματική φύση του φωτός και ανέφεραν ως δικά τους επιχειρήματα φαινόμενα όπως η περίθλαση. Οι ιδέες του Χόυχενς και των ομοϊδεατών του όμως τελικά επισκιάστηκαν από το μεγάλης «βαρύτητας» όνομα του Νεύτωνα (νάτο και το λογοπαίγνιο).

Ήταν στις αρχές του 19ου αιώνα όταν η κυματική φύση του φωτός ξανάρθε στο προσκήνιο μετά από ένα απλό αλλά ιδιοφυές πείραμα του Γιανγκ (Young) που ονομάστηκε το πείραμα της διπλής σχισμής. Σε αυτό το πείραμα ο Γιανγκ έριξε φως προς έναν τοίχο ο οποίος περιείχε 2 μικρές σχισμές. Σε έναν δεύτερο τοίχο από πίσω, το φως δεν έφτασε μόνο στα σημεία πίσω από τις σχισμές αλλά δημιούργησε εναλλασσόμενες φωτεινές και σκοτεινές λωρίδες σε όλο το πλάτος του τοίχου. Αυτό μαρτυρούσε ότι το φως ταξίδεψε ως κύμα και περνώντας από τις 2 σχισμές τα δύο νέα κύματα ήρθαν σε συμβολή με αποτέλεσμα την ακύρωσή τους σε κάποια σημεία και την πρόσθεσή τους σε άλλα. Η συμβολή αυτή που μόνο κύματα μπορούν να υποστούν (όπως και τα κύματα της θάλασσας) είναι ουσιαστικά προσθετική όταν δυο κορυφές δύο κυμάτων συναντηθούν ενώ ακυρώνονται όταν η κορυφή του ενός κύματος συναντήσει ένα κοίλωμα του άλλου.

Παρ' όλο που η κυματική θεωρία άρχισε να αποκτά περίοπτη θέση, στις αρχές του 20ού αιώνα, ο Αϊνστάιν με την εξήγηση του φωτοηλεκτρικού φαινόμενου αναβίωσε τη σωματιδιακή φύση του φωτός. Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι εκείνο κατά το οποίο ακτινοβολία προσπίπτει σε ένα μέταλλο και αναγκάζει ηλεκτρόνια να αποδεσμεύονται από τα άτομα του μετάλλου. Ο Αϊνστάιν κατάλαβε, από το γεγονός ότι μια ασθενής μπλε ακτινοβολία προκαλεί το φαινόμενο αλλά μια ισχυρή κόκκινη όχι, ότι δεν έχει να κάνει με κύματα των οποίων η ενέργεια ή ένταση μεγαλώνει με τη φωτεινότητα, αλλά η ακτινοβολία μεταφέρεται στο μέταλλο σε μικρά πακέτα με διαφορετικές ενέργειες. Εδώ πρέπει να σημειώσουμε ότι ο Αϊνστάιν δεν τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ για τη θεωρία της σχετικότητας ή κάποια άλλη από τις αναρίθμητες συνεισφορές του στην επιστήμη, αλλά για τη μελέτη του στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο το 1921.

Την τελική πινελιά στη δισυπόστατη φύση του κβαντικού κόσμου πρόσθεσαν στο δεύτερο μισό του εικοστού αιώνα κάποια πειράματα που στην ουσία ήταν επαναλήψεις του πειράματος της διπλής σχισμής του Γιανγκ αλλά με χρήση δέσμης ηλεκτρονίων και όχι φωτονίων. Τα ηλεκτρόνια περνώντας από τις δυο σχισμές σχηματίζουν στον ανιχνευτή από πίσω τις εναλλασσόμενες λωρίδες της συμβολής σαν να ήταν δηλαδή κύματα και όχι σωματίδια. *

Ένα τέτοιο πείραμα ψηφίστηκε από τους αναγνώστες του περιοδικού Ο Κόσμος της Φυσικής το 2002 ** ως το ομορφότερο πείραμα στην Ιστορία και η απόδειξη της δισυπόστατης φύσης του κβαντικού κόσμου παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια του φυσικού κόσμου που όμως έχουμε αποδεχτεί και εφαρμόσει στις επιστήμες και την τεχνολογία. Η δισυπόστατη φύση του κβαντικού κόσμου δικαιώνει την έκφραση ότι η επιστήμη ξεπερνά κάθε φαντασία και μαγικό σενάριο.

* Το 1961 ο Clauss Jönsson από το πανεπιστήμιο Tübingen και το 1974 «εκτοξεύοντας ένα ηλεκτρόνιο τη φορά» στο πανεπιστήμιο του Μιλάνου από την ομάδα του Pier Giorgio Merli.

** Σεπτέμβριος του 2002 – ψηφοφορία του περιοδικού Physics World ανέδειξε το πείραμα του Clauss Jönsson ως το ομορφότερο πείραμα

Ακολουθήστε το Protagon στο Google News