Početna zbrka oko prirode svjetlosti može se pratiti do ranih dana znanstvenog istraživanja. U 17. stoljeću prevladavalo je mišljenje da je svjetlost oblik čestica, poznatih kao korpuskule, koje putuju u ravnim linijama. Ovu čestičnu teoriju svjetlosti zastupao je Sir Isaac Newton i bila je uspješna u objašnjenju mnogih optičkih fenomena, poput refleksije i loma. Međutim, postojala su određena opažanja koja se nisu mogla adekvatno objasniti samo teorijom čestica.
Jedno takvo opažanje bio je fenomen interferencije, koji se javlja kada se dva ili više valova preklapaju. Kada dva izvora svjetlosti interferiraju konstruktivno, stvaraju svijetle rubove, a kada interferiraju destruktivno, proizvode tamne rese. Ovo ponašanje prvi je primijetio Thomas Young u svom poznatom eksperimentu s dvostrukim prorezom 1801. Youngov pokus uključivao je propuštanje svjetla kroz dva blisko razmaknuta proreza i promatranje dobivenog uzorka na ekranu. Uzorak je prikazivao naizmjenične svijetle i tamne rubove, što ukazuje na prisutnost smetnji.
Uzorak interferencije opažen u eksperimentu s dvostrukim prorezom predstavljao je izazov čestičnoj teoriji svjetlosti. Da se svjetlost sastoji od čestica, očekivalo bi se vidjeti dvije različite trake svjetlosti na ekranu koje odgovaraju dvama prorezima. Međutim, stvarni opaženi uzorak bio je niz izmjeničnih svijetlih i tamnih rubova, što sugerira da se svjetlost ponašala kao val.
Ova očita kontradikcija između čestične i valne prirode svjetlosti dovela je do razdoblja intenzivne rasprave i zbunjenosti među znanstvenicima. Jedno predloženo objašnjenje bilo je da su se čestice svjetlosti na neki način miješale jedna s drugom, što je dovelo do promatranog uzorka. Druga hipoteza sugerira da su svjetlosni valovi na neki način u interakciji s materijalom proreza i interferiraju jedni s drugima.
Razrješenje ove zbrke došlo je s razvojem valne teorije svjetlosti od strane Augustina-Jeana Fresnela i Thomasa Younga. Predložili su da se svjetlost može shvatiti kao valni fenomen, s interferencijskim uzorkom koji proizlazi iz superpozicije tih valova. Prema ovoj teoriji, svjetlosni valovi iz svakog proreza preklapali bi se i interferirali jedni s drugima, što bi dovelo do promatranog uzorka.
Valnu teoriju svjetlosti dodatno je poduprlo otkriće difrakcije, koja se javlja kada svjetlosni valovi naiđu na prepreku ili otvor. Difrakcijski uzorci, slični onima opaženim u eksperimentu s dvostrukim prorezom, uočeni su kada je svjetlost prolazila kroz male otvore ili oko prepreka. Ti se difrakcijski uzorci mogu objasniti valnom prirodom svjetlosti, ali ih je bilo teško uskladiti s teorijom čestica.
Razrješenje zabune oko prirode svjetlosti bio je ključni trenutak u razvoju kvantne mehanike. To je postavilo temelje za razumijevanje da svjetlost, kao i sve čestice, mogu pokazivati i valovito i čestično ponašanje. Ova dualnost je temeljni koncept u kvantnoj mehanici i ima duboke implikacije na naše razumijevanje mikroskopskog svijeta.
Početna zbrka oko prirode svjetlosti proizašla je iz kontradiktornih promatranja njezina ponašanja i kao čestice i kao vala. Ova je zabuna razriješena razvojem valne teorije svjetlosti, koja je objasnila uočene interferencije i fenomene difrakcije. Rješenje ove zabune označilo je značajnu prekretnicu u razvoju kvantne mehanike i našem razumijevanju temeljne prirode svjetlosti.
Ostala nedavna pitanja i odgovori u vezi EITC/QI/QIF Osnove kvantne informacije:
- Jesu li amplitude kvantnih stanja uvijek stvarni brojevi?
- Kako rade kvantna vrata negacije (kvantna NOT ili Pauli-X vrata)?
- Zašto su Hadamardova vrata samoreverzibilna?
- Ako izmjerite 1. qubit Bellovog stanja u određenoj bazi, a zatim izmjerite 2. qubit u bazi rotiranoj za određeni kut theta, vjerojatnost da ćete dobiti projekciju na odgovarajući vektor jednaka je kvadratu sinusa theta?
- Koliko bita klasične informacije bi bilo potrebno da se opiše stanje proizvoljne superpozicije kubita?
- Koliko dimenzija ima prostor od 3 kubita?
- Hoće li mjerenje qubita uništiti njegovu kvantnu superpoziciju?
- Mogu li kvantna vrata imati više ulaza nego izlaza slično kao i klasična vrata?
- Uključuje li univerzalna obitelj kvantnih vrata CNOT vrata i Hadamardova vrata?
- Što je eksperiment s dvostrukim prorezom?
Pogledajte više pitanja i odgovora u EITC/QI/QIF Osnovama kvantnih informacija