מהו ניסוי החריץ הכפול, אחד הניסויים החשובים ביותר בתולדות הפיזיקה?
==============================
את אייזיק ניוטון אני לא חושב שאני צריך להציג בפניכם: הוא ואיינשטיין, שני המדענים הכי חשובים בהיסטוריה. אחד התחומים שניוטון חקר באינטנסיביות היה האור, והוא גם הגיע לכמה תובנות חשובות בעניין הזה - עשיתי סרטון על הטלסקופ המהפכני שניוטון תכנן, כדאי לראות. בכל אופן, בעקבות המחקרים שלו, ניוטון הגיע למסקנה שהאור עשוי מחלקיקים קטנים.

לא כל המדענים הסכימו עם המסקנה הזו. היו כל מיני תופעות פיזיקליות - שלא ניכנס אליהן כרגע - שאי אפשר היה להסביר אם מניחים שהאור עשוי מחלקיקים. אבל מדען בשם כריסטיאן הויגנס הבחין בכך שאם מניחים שהאור לא עשוי מחלקיקים אלא הוא בעצם גל - כמו גלים בים - אפשר להסביר את התופעות האלה לא רע! אבל כמו שקורה לא פעם בהיסטוריה, ניוטון היה כזה מדען גדול ומפורסם שהדיעה שלו נחשבה יותר מהדיעה של הויגנס. כך יצאו שבויכוח לגבי השאלה האם האור הוא חלקיק או גל - רוב המדענים האמינו שהאור הוא חלקיק.

150 שנה אחר כך הגיע בחור באמת יוצא דופן: תומאס יאנג. יאנג היה איש אשכולות מסוג נדיר: הוא היה רופא, פיזיקאי, מוזיקאי, חוקר שפות - הביוגרפיה שלו נקראת 'האיש האחרון שידע הכל.' באמת, אחד האנשים החכמים שאפשר לדמיין. גם יאנג חקר את תכונותיו של האור, וב-1801 הוא פרסם מאמר ובו תיאר ניסוי בלתי שגרתי שהגה.

בגרסה המודרנית שלו, הניסוי של יאנג הולך ככה. לוקחים קרן אור, נותנים לה לעבור דרך דף נייר ועליו שני חריצים דקים וקרובים, ומתבוננים על מסך מצידו השני של הדף. אם האור עשוי מחלקיקים, מה אנחנו מצפים לראות? טוב, זה די פשוט: החלקיקים עוברים דרך החריץ הימני או דרך החריץ השני, ועל המסך נקבל שני פסים של אור מול שני החריצים. הגיוני, נכון? אבל למרבה ההפתעה - זה לא מה שקורה! מה שרואים בפועל זה לא שני פסים - אלא המון פסים זה לצד זה בשורה ארוכה. אז מה קורה פה?

לתומאס יאנג הייתה תשובה. כששני גלים, למשל גלים בים, נפגשים זה עם זה כך שבמקרה הפסגות שלהם חופפות - הפסגות האלה יחזקו אחת את השניה, ונקבל פסגה אחת גבוהה מאוד. אם, לעומת זאת, הגלים נפגשים כך שהפסגה של גל אחד חופפת לשקע של הגל השני - שני הגלים יבטלו זה את זה. זו תופעה שנקראת 'התאבכות.' יאנג הציע שהפסים שהתקבלו על המסך הם תוצאה של התאבכות כזו: זאת אומרת, גלים שבוקעים משני החריצים מתפשטים באוויר, פוגשים זה את זה ויוצרים התאבכות: במקומות שבהם הפסגות נפגשות נקבל פסגה גבוהה יותר - ז"א פס של אור חזק - ובמקומות שבהם הגלים מבטלים זה את זה - נקבל חושך. במילים אחרות, רצועת הפסים שהתקבלה על המסך היא הוכחה שהפוטונים הם לא חלקיקים אלא גלים! לקח לקהילה המדעית עוד כחמש עשרה שנה להשתכנע, אבל בסוף כולם הסכימו שיאנג צודק.

אבל זה לא הסוף: מאה שנה מאוחר יותר קרו שני דברים מעניינים. הראשון הוא שאיינשטיין הוכיח שבמצבים מסוימים האור מתנהג בכל זאת מתנהג כמו חלקיק, ובמצבים אחרים הוא מתנהג כמו גל. כן, זה מוזר: כמו תמיד, אנחנו יכולים לדמיין משהו שהוא גם חלקיק וגם גל, אבל ככה היקום עובד.

הדבר השני היה שחוקרים אחרים שביצעו את אותו הניסוי - אבל הפעם על אלקטרונים, במקום פוטונים - גילו שגם האלקטרון מתנהג כאילו הוא גם חלקיק וגם גל. ואז הם גילו עוד משהו, אפילו עוד יותר מוזר: אם מבצעים את אותו הניסוי אבל שמים מכשיר מדידה שצופה באלקטרונים בזמן שהם עוברים דרך שני החריצים - האלקטרונים מפסיקים להתנהג כמו גל, ועוברים להתנהג כמו חלקיק. זאת אומרת, עצם המדידה או התצפית על האלקטרונים - גורמת להם לשנות את ההתנהגות שלהם. למה? אף אחד לא יודע.

שתי התופעות האלה, שבאות לידי ביטוי בניסוי החריץ הכפול, מראות לנו עד כמה העולם של החלקיקים הקטנים, החלקיקים הקוונטים, שונה מהעולם שאנחנו מכירים - ועד כמה משונה ומוזרה תורת הקוונטים, וזה מה שהופך את הניסוי הזה לאבן דרך כל כך משמעותית בתולדות המדע.

הזמינו אותי להרצאה בארגון שלכם! פרטים מלאים על ההרצאות וטופס צור קשר- באתר הבית, ranlevi_co_il.