Luz ... é uma partícula ou uma onda? Que mecânica fundamental governa o comportamento dela? E o mais importante, o mero ato de observação altera esse comportamento? Esse é o dilema que os físicos quânticos têm intrigado há muitos séculos, desde que a mecânica das ondas de fótons foi teorizada e o experimento de dupla fenda foi conduzido pela primeira vez.
Também conhecida como experimento de Young, isso envolvia feixes de partículas ou ondas coerentes passando por duas fendas espaçadas, cujo objetivo era medir os impactos resultantes em uma tela atrás deles. Na mecânica quântica, o experimento de dupla fenda demonstrou a inseparabilidade da natureza das ondas e das partículas da luz e de outras partículas quânticas.
O experimento de dupla fenda foi conduzido por Thomas Young em 1803, embora se diga que Sir Isaac Newton tenha realizado um experimento semelhante em seu próprio tempo. Durante os experimentos originais, Newton iluminou um cabelo pequeno, enquanto Young usou um pedaço de cartão com uma fenda cortada. Mais recentemente, os cientistas usaram uma fonte de luz pontual para iluminar uma placa fina com duas fendas paralelas, e a luz que passa pelas fendas atinge uma tela atrás delas.
Baseando-se na teoria clássica de partículas, os resultados do experimento deveriam ter correspondido às fendas, os impactos na tela aparecendo em duas linhas verticais. No entanto, este não foi o caso. Os resultados mostraram em muitas circunstâncias um padrão de interferência, algo que só poderia ocorrer se os padrões de ondas estivessem envolvidos.
Partículas clássicas não interferem entre si; eles simplesmente colidem. Se as partículas clássicas são disparadas em linha reta através de uma fenda, todas elas atingem a tela em um padrão do mesmo tamanho e formato da fenda. Onde houver duas fendas abertas, o padrão resultante será simplesmente a soma dos dois padrões de fenda única (duas linhas verticais). Porém, repetidamente, o experimento demonstrou que os feixes coerentes de luz estavam interferindo, criando um padrão de faixas claras e escuras na tela.
Contudo, as bandas na tela sempre foram absorvidas como se fossem compostas de partículas discretas (também conhecidas como fótons). Para tornar as coisas ainda mais confusas, dispositivos de medição foram instalados para observar os fótons que passavam pelas fendas. Quando isso foi feito, os fótons apareceram na forma de partículas e seus impactos na tela corresponderam às fendas, pequenos pontos do tamanho de partículas distribuídos em linhas verticais retas.
Ao colocar um dispositivo de observação no lugar, a função de onda dos fótons entrou em colapso e a luz se comportou novamente como partículas clássicas! Isso só poderia ser resolvido alegando que a luz se comporta como uma partícula e uma onda, e que observá-las faz com que o leque de possibilidades comportamentais se restrinja ao ponto em que seu comportamento se torne previsível mais uma vez.
O experimento de dupla fenda não apenas deu origem à teoria de ondas de partículas dos fótons, como também conscientizou os cientistas do mundo incrível e confuso da mecânica quântica, onde nada é previsível, tudo é relativo e o observador não é mais um sujeito passivo , mas um participante ativo com o poder de alterar o resultado. Para uma demonstração animada do experimento com fenda dupla, clique aqui.
Escrevemos muitos artigos sobre o Double Slit Experiment for Space Magazine. Aqui está uma discussão no fórum sobre um experimento caseiro de dupla fenda e um artigo sobre a dualidade onda-partícula.
Se você quiser obter mais informações sobre o experimento com fenda dupla, consulte estes artigos em Physorg.com e Space.com.
Também gravamos um episódio inteiro do Astronomy Cast, sobre Mecânica Quântica. Ouça aqui, episódio 138: Mecânica Quântica.
