Více než sto let nás kvantová fyzika učí, že světlo je jak částice, tak vlna. Nyní tým výzkumníků z MIT provedl odvážný experiment s jednotlivými atomy, který potvrzuje, že i když světlo může vykazovat vlnové i částicové vlastnosti, nikdy se neprojeví obojí zároveň při jednom konkrétním měření..

V roce 1801 britský fyzik a lékař Thomas Young demonstroval vlnovou povahu světla pomocí dvouštěrbinového experimentu, kdy místo očekávaných dvou svítících bodů na stěně vznikl interferenční vzor. Zhruba o sto let později přišel Max Planck s myšlenkou, že energie se nepřenáší spojitě, ale po malých dávkách, v kvantech, a Albert Einstein pak nadhodil teorii, že světlo se chová jako proud částic, které byly pojmenovány fotony.

Kvantová mechanika však odhalila, že fotony vykazují i vlnové vlastnosti: obě formy tedy nejsou navzájem vyloučeny, avšak nelze je měřit současně.

Einstein nikdy nesouhlasil s tím, že kvantový svět se řídí náhodou, jak tvrdí princip komplementarity. Navrhl, že když foton prochází štěrbinou, mohl by za sebou zanechat malý otisk, jakési „šustnutí“, tedy stopu, kterou by bylo možné změřit.

Díky tomu by bylo možné určit, kterou štěrbinou foton prošel, a zároveň si uchovat informace o jeho vlnovém chování. Dánský fyzik Niels Bohr však s touto tezí nesouhlasil, protože jakékoli měření tohoto typu totiž nevyhnutelně naruší interferenční vzor, a místo vlnové povahy zůstane jen ta částicová.

Tým vedený Wolfgangem Ketterlem a Vitalijem Fedosjevem realizoval takříkajíc ideální verzi Youngova experimentu na atomární úrovni. Badatelé použili více než 10 000 atomů ochlazených téměř na absolutní nulu a umístili je pomocí laserů do pravidelné mřížky tak, že každý atom se choval jako samostatná štěrbina, na níž se fotony kvantově rozptylovaly a následně tak vznikaly interferenční vzory.

Vědci přitom zjistili, že čím víc se snažili vypátrat, kudy foton prošel, tedy čím víc byl atom de facto vyrušován a měřen jako částice, tím víc se interferenční obrazec rozmazával, až nakonec zmizel úplně.

Důležitým aspektem bylo i to, že samotný průběh experimentu nebyl ovlivněn žádnými vnějšími silami. Když přišlo na měření, výzkumníci vypnuli lasery, které atomy předtím držely na místě. Ty se tak na okamžik ocitly ve volném prostoru, a protože na ně ještě nestihla výrazně působit gravitace, nedocházelo k žádnému rušení zvenčí.

Nový experiment vědců z MIT tak potvrzuje jeden ze základních principů kvantové fyziky, který prosazoval Niels Bohr, že světlo může být vlnou i částicí, ale tyto dvě podoby nelze pozorovat zároveň. Einstein doufal, že najde způsob, jak tento limit obejít, ale tentokrát se, a to zcela výjimečně, mýlil.