A létezésünket leíró egyik legalapvetőbb törvény az ok-okozat törvénye, ami röviden arról szól, hogy a kiváltó ok mindig megelőzi az okozatot. A helyzet viszont az hogy egy már lassan tizenöt éves kísérlet alapján  Albert Nimziki hadügyminisztert kell idézzem a Függetlenség Napja című mozifilmből, miszerint  "Ez így nem teljesen igaz".

Ezt a kísérletet szeretném most két részletben úgy ismertetni, hogy a laikusok is megértsék. 

1. rész. Egy gyanús anomália.

Az alapoktól kezdeném, melyek közül a legfontosabb állítás, hogy az elemi részecskék - úgymint, fotonok, elektronok, stb. - hullámként és anyagdarabként is képesek viselkedni. A fura az, hogy azt, hogy éppen melyik arcukat mutatják felénk, azt mi döntjük el, mivel a megfigyelés módjától függ, hogy a részecske hogyan viselkedik.

Erről szól a híres-nevezetes "két rés" kísérlet.

Maga a kísérlet egyébiránt otthoni körülmények között is elvégezhető néhány barkácsmegoldás segítségével, de most inkább maradjunk az elméleti leírásnál.

A kísérlet sematikus ábráját alább láthatjuk.

Első megközelítésben azt várnánk ugyebár, hogy a vetítőernyőn két fényes csík jelenik meg, mert a rések csak két csíkban engedik át a fényt. Ez igaz is mindaddig, amíg a két rés vastag. Ellenben ha a réseket el kezdjük vékonyítani, egyszercsak hirtelen megvátozik az ernyőn látható kép. Hirtelen megnő a látható csíkok száma, magyarán több párhuzamos csíkot is fogunk látni. Ez az, amit úgy neveznek, interferencia kép.

Hogy miért alakul ki, azt a fény hullámtulajdonságával lehet jól megmagyarázni. Ha egy vízhullámot megfigyelünk terjedés közben, akkor láthatjuk hogy egy hullámhegyet egy hullámvölgy követ. Ha két hullám ütközik, akkor azokon a helyeken, ahol mindkét hullám épp hullámhegyként találkozik, ott összeadódnak, és egy dupla magasságú hullámhegy jelenik meg. Ott pedig ahol két hullámvölgy találkozik, ott dupla mélységű hullámvölgy jelenik meg. Egyébiránt így képződnek a tengeri óriáshullámok is, amik akár tankereket is fel tudnak borítani.

Namost ahol viszont egy hullámvölgy találkozik egy hullámheggyel, ott kioltják egymást, és sima vízfelületet kapunk.

Valahogy így kell elképzelni ezt.

Mivel a két résből a vetítőernyő egy pontja (ahol a csíkokat látjuk) nem egyforma messze van, ezért ettől a távolságkülönbségtől függően létrejöhet olyan szituáció, hogy az adott pontban mind a két hullám hullámhegyként találkozik, de olyan pont is lesz a képernyőn, ahol kioltja egymást a két hullám.

Namost a lézerünket helyettesítsük egy elektronágyúval. Ennek több előnye is van a lézerhez képest, a mi szempontunkból most az a fontos, hogy az elektronágyúval meg lehet oldani, hogy egyszerre csak egy részecskét lőjünk ki.

Ugye azt gondolnánk, hogy ha egy elektron repül a két rés felé, akkor majd az egyik résen keresztül repül, és aztán becsapódik a vetítőernyőre. Itt nincs interferencia, mert csak az egyik rés lesz aktív, amelyiken az elektron keresztülrepül, a másik mintha ott se lenne. Nincs útkülönbség, meg ilyesmi. Az, hogy melyik résen repül keresztül, az véletlenszerű ugyan, de egy elektron csak az egyiken fog átmenni, így aztán ha egymás után szép sorban áteresztünk mondjuk száz darab elektront, akkor a vetítőernyőn a két réshez kapcsolódó két csíkot fogunk látni.

A helyzet viszont az, hogy - bármennyire is logikusan hangzik - a valóságban mégsem ez történik. Ismét csak egy többcsíkos interferenciaképet fogunk látni. Joggal kérdezheti a kedves olvasó, hogy hogy a fenébe történhetett ez? Az elektron mind a két résen nem tud egyszerre átmenni! 

Pedig de. Hogy miért, azt kedvenc fizikusom, Heisenberg magyarázta meg a múlt század húszas éveiben. Matematikailag levezette, hogy két egymástól független fizikai mennyiség egyszerre nem határozható meg tetszőleges pontossággal. Ez a makroszkópikus világban nem igazán okoz érzékelhető hatásokat, de az elemi részecskék mikroszkopikus világában komoly következményekkel jár.

Jelen pillanatban a szóban forgó két fizikai tulajdonság az elektron helye és impulzusa. Mivel az elektron impulzusát az elektronágyúba betáplált energia alapján pontosan tudjuk, ezért az elektron helyét abban a pillanatban, amikor a réseknél jár, csak egy bizonyos pontatlansággal ismerhetjük a fent említett törvénynek megfelelően. Ez a pontatlanság pedig nagyobb, mint a rések szélessége. Ha az elektron csak az egyik résen menne keresztül, akkor sokkal pontosabban tudnánk a helyét, mint azt Heisenberg törvénye megengedné. Az elektron azonban Heisenbergnek fogad szót, és inkább átmegy egyszerre mindkét résen, csak nehogy kiderüljön, hogy pontosan hol is volt az adott pillanatban. Márpedig ha mindkét résen átment, akkor bizony interferálni is tud önmagával, így létrejöhet a több csík a képernyőn.

Módosítsuk a kísérletet úgy, hogy a résekhez odateszünk egy-egy detektort, ami jelzi, hogy áthaladt-e a lyukon az elektron, vagy sem.

Ismét meg kell döbbenjünk. Amit láttunk eddig, az most a feje tetejére állt. Minden átszáguldó elektronnál egyszerre csak az egyik detektor jelez. Ugyanakkor a képernyőről eltűnik a többcsíkos interferenciakép, és két határozott csík jelenik meg.

Mi történhetett? Heisenberg mégis tévedett volna? Mi van ezekkel a detektorokkal, hogy az elektronokat rákényszerítik arra, hogy szófogadatlanok legyenek, és csak az egyik rést válasszák mindkettő helyett?

Nos, Heisenberg papa nem tévedett. A detektorok, miközben megfigyelik az elektronokat, kölcsönhatnak velük, egy kicsit lelassítják őket. Így viszont az elektron impulzusa már nem pontosan ismert, ezzel pedig megnyílt az út ahhoz, hogy akkor meg a helyzete lehessen pontosabban ismert,  ergó a detektor most már simán meghatározhatja az elektron helyét, cserébe nem tudjuk az elektron impulzusát pontosan.

Logikusan hangzik, ugye?

A dolog ott sántít, hogy a detektorok a rés után vannak, az elektronnak viszont a rés előtt kell eldöntenie, hogy most akkor melyiken is bújik keresztül. Így azt kell feltételeznünk, hogy az elektron már a rés előtt valahogy tudja, hogy később, a rés után egy detektor fogja várni, és ezért döntenie kell a rések között. 

Hmmmm.... Kínos.

Úgy néz ki, valahogy ez az információ visszajutott az időben.

De ez még csak a kezdtet. A komolyabb cizelláláshoz azonban ismernünk kell a kvantumosan összefonódott részecskéket, amiket a következő részben magyarázok el.