การแยกเชิงทดลองของภาวะทวิลักษณ์คลื่น-อนุภาค

คุณสมบัติของคลื่นและอนุภาคเป็นคุณสมบัติพื้นฐานสองประการของสสารในธรรมชาติ ในกรณีของแสง การถกเถียงว่าแสงเป็นคลื่นหรืออนุภาคมีมาตั้งแต่ศตวรรษที่ 17 นิวตันได้สร้างทฤษฎีอนุภาคของแสงที่ค่อนข้างสมบูรณ์แบบในหนังสือของเขาทัศนศาสตร์ซึ่งทำให้ทฤษฎีอนุภาคของแสงกลายเป็นทฤษฎีกระแสหลักมาเกือบศตวรรษ ฮุยเกนส์ โทมัส ยัง แม็กซ์เวลล์ และคนอื่นๆ เชื่อว่าแสงเป็นคลื่น จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 20 ไอน์สไตน์ได้เสนอทฤษฎี...ทัศนศาสตร์คำอธิบายเชิงควอนตัมของโฟโตอิเล็กทริกปรากฏการณ์ดังกล่าวทำให้ผู้คนตระหนักว่าแสงมีลักษณะของความเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค ต่อมาบอร์ได้ชี้ให้เห็นในหลักการเสริมกันอันโด่งดังของเขาว่า แสงจะแสดงพฤติกรรมเป็นคลื่นหรืออนุภาคขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการทดลองเฉพาะ และไม่สามารถสังเกตคุณสมบัติทั้งสองพร้อมกันได้ในการทดลองเดียว อย่างไรก็ตาม หลังจากที่จอห์น วีลเลอร์เสนอการทดลองการเลือกแบบหน่วงเวลาอันโด่งดังของเขา โดยอิงจากเวอร์ชันควอนตัม ได้มีการพิสูจน์ทางทฤษฎีแล้วว่าแสงสามารถแสดงสถานะซ้อนทับของคลื่นและอนุภาคได้พร้อมกัน คือ “ไม่ใช่ทั้งคลื่นและอนุภาค ไม่ใช่ทั้งคลื่นและอนุภาค” และปรากฏการณ์แปลกประหลาดนี้ได้รับการสังเกตในการทดลองจำนวนมาก การสังเกตการณ์เชิงทดลองเกี่ยวกับการซ้อนทับของคลื่นและอนุภาคของแสงท้าทายขอบเขตดั้งเดิมของหลักการเสริมกันของบอร์และกำหนดนิยามใหม่ของแนวคิดเรื่องความเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค

ในปี 2013 อาฮาโรนอฟและคณะ ได้เสนอทฤษฎีแมวเชสเชอร์ควอนตัม โดยได้รับแรงบันดาลใจจากแมวเชสเชอร์ในอลิซในดินแดนมหัศจรรย์ ทฤษฎีนี้เปิดเผยปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์ที่แปลกใหม่มาก นั่นคือ ร่างกายของแมวเชสเชอร์ (สิ่งที่มีอยู่จริงทางกายภาพ) สามารถแยกตัวออกจากใบหน้าที่ยิ้มแย้ม (คุณลักษณะทางกายภาพ) ได้ ซึ่งทำให้การแยกคุณลักษณะทางวัตถุและภววิทยาเป็นไปได้ นักวิจัยจึงสังเกตปรากฏการณ์แมวเชสเชอร์ในระบบนิวตรอนและโฟตอน และยังสังเกตปรากฏการณ์ของแมวเชสเชอร์ควอนตัมสองตัวที่แลกเปลี่ยนใบหน้ายิ้มแย้มกันอีกด้วย

เมื่อไม่นานมานี้ ทีมของศาสตราจารย์หลี่ ชวนเฟิง จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน ร่วมกับทีมของศาสตราจารย์เฉิน จิงหลิง จากมหาวิทยาลัยหนานไค ได้รับแรงบันดาลใจจากทฤษฎีนี้ และประสบความสำเร็จในการแยกความแตกต่างระหว่างภาวะทวิลักษณ์ของคลื่นและอนุภาคทัศนศาสตร์กล่าวคือ การแยกคุณสมบัติของคลื่นออกจากคุณสมบัติของอนุภาคในเชิงพื้นที่ โดยการออกแบบการทดลองโดยใช้ระดับความเป็นอิสระที่แตกต่างกันของโฟตอน และใช้เทคนิคการวัดแบบอ่อนที่อิงตามวิวัฒนาการของเวลาเสมือน คุณสมบัติของคลื่นและคุณสมบัติของอนุภาคของโฟตอนจะถูกสังเกตพร้อมกันในบริเวณที่แตกต่างกัน

ผลลัพธ์ที่ได้จะช่วยให้เข้าใจแนวคิดพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม ความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาคได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น และวิธีการวัดแบบอ่อนที่ใช้ก็จะให้แนวคิดสำหรับการวิจัยเชิงทดลองในทิศทางของการวัดความแม่นยำสูงในระดับควอนตัมและการสื่อสารแบบสมมติขึ้นด้วย

| ข้อมูลเกี่ยวกับเอกสาร |

Li, JK., Sun, K., Wang, Y. และคณะ การสาธิตเชิงทดลองของการแยกความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาคของโฟตอนเดี่ยวด้วยแมวเชสเชอร์ควอนตัม Light Sci Appl 12, 18 (2023)

https://doi.org/10.1038/s41377-022-01063-5