خاصية الموجة والجسيم هما خاصيتان أساسيتان للمادة في الطبيعة. في حالة الضوء، يعود الجدل حول كونه موجة أو جسيمًا إلى القرن السابع عشر. وضع نيوتن نظرية جسيمات مثالية نسبيًا للضوء في كتابهبصريات، مما جعل نظرية جسيمات الضوء النظرية السائدة لما يقرب من قرن. اعتقد هويجنز وتوماس يونغ وماكسويل وآخرون أن الضوء موجة. حتى أوائل القرن العشرين، اقترح أينشتاينبصرياتالتفسير الكمي لـكهروضوئيةالتأثير الذي جعل الناس يدركون أن للضوء خصائص ازدواجية الموجة والجسيم. أشار بور لاحقًا في مبدأ التكامل الشهير إلى أن سلوك الضوء كموجة أو جسيم يعتمد على البيئة التجريبية المحددة، وأنه لا يمكن ملاحظة كلتا الخاصيتين في وقت واحد في تجربة واحدة. ومع ذلك، بعد أن اقترح جون ويلر تجربة الاختيار المتأخر الشهيرة، بناءً على نسختها الكمومية، فقد ثبت نظريًا أن الضوء يمكن أن يجسد في وقت واحد حالة تراكب موجة-جسيم "لا موجة ولا جسيم، لا موجة ولا جسيم"، وقد لوحظت هذه الظاهرة الغريبة في عدد كبير من التجارب. تتحدى الملاحظة التجريبية لتراكب موجة-جسيم للضوء الحدود التقليدية لمبدأ التكامل لبور وتعيد تعريف مفهوم ازدواجية الموجة-جسيم.
في عام ٢٠١٣، استلهم أهارونوف وزملاؤه نظرية قط شيشاير الكمومية من قط شيشاير في رواية "أليس في بلاد العجائب". تكشف هذه النظرية عن ظاهرة فيزيائية جديدة تمامًا، وهي أن جسم قط شيشاير (كيان مادي) قادر على تحقيق انفصال مكاني عن وجهه المبتسم (صفة مادية)، مما يجعل فصل الصفة المادية والوجودية ممكنًا. بعد ذلك، رصد الباحثون ظاهرة قط شيشاير في كلٍّ من أنظمة النيوترون والفوتون، ثم رصدوا ظاهرة قطي شيشاير الكموميين يتبادلان الوجوه المبتسمة.
ومؤخرًا، وبفضل هذه النظرية، تمكن فريق البروفيسور لي تشوانفينج في جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين، بالتعاون مع فريق البروفيسور تشين جينجلينج في جامعة نانكاي، من تحقيق فصل ثنائية الموجة والجسيم.بصرياتأي الفصل المكاني بين خصائص الموجة وخصائص الجسيمات، وذلك بتصميم تجارب باستخدام درجات مختلفة من حرية الفوتونات، واستخدام تقنيات قياس ضعيفة تعتمد على تطور الزمن الافتراضي. تُرصد خصائص الموجة وخصائص الجسيمات للفوتونات في آنٍ واحد في مناطق مختلفة.
وستساعد النتائج على تعميق فهم المفهوم الأساسي لميكانيكا الكم، وثنائية الموجة والجسيم، كما ستوفر طريقة القياس الضعيفة المستخدمة أفكارًا للبحث التجريبي في اتجاه قياس الدقة الكمومية والاتصال المضاد للواقع.
| معلومات ورقية |
لي، ج.ك.، صن، ك.، وانغ، ي. وآخرون. عرض تجريبي لفصل ازدواجية الموجة والجسيم لفوتون واحد باستخدام قطة تشيشاير الكمومية. تطبيقات علوم الضوء، 12، 18 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5
وقت النشر: ٢٥ ديسمبر ٢٠٢٣