Double-slit experiment

Het double-slit experiment is een negentiende-eeuws onderzoek naar de eigenschappen van licht dat sindsdien zowel de dualiteit van fotonen als de concepten van superpositie en kwantuminterferentie blijkt aan te tonen.

De discussie over de vraag of licht uit deeltjes of golven bestaat, dateert al van meer dan driehonderd jaar geleden. In de zeventiende eeuw beweerde Isaac Newton dat licht uit een stroom deeltjes bestond. In het begin van de negentiende eeuw bedacht Thomas Young het experiment met de dubbele spleet om te bewijzen dat het uit golven bestond. Hoewel de implicaties van Young's experiment moeilijk te aanvaarden zijn, zijn zij illustratief voor de kwantumtheorie. De bekende natuurkundige Richard Feynman beweerde dat de essentie van de kwantummechanica kon worden begrepen uit een verkenning van de resultaten van het experiment.

In het experiment met de dubbele spleet wordt een lichtstraal gericht op een barrière met twee verticale spleten. Nadat het licht door de spleten is gegaan, wordt het resulterende patroon op een fotografische plaat vastgelegd. Wanneer één spleet is afgedekt, wordt een enkele lichtstreep weergegeven, op één lijn met de spleet die open is.

Intuïtief zou men kunnen veronderstellen dat als beide spleten open waren, het resulterende patroon zou worden weergegeven als twee lichtstrepen, op één lijn met de spleten. In de praktijk echter wordt het licht dat door de spleten valt en op de fotografische plaat wordt weergegeven, volledig gescheiden in meerdere lijnen van lichtheid en donkerheid in verschillende gradaties. Het resultaat illustreert dat er interferentie plaatsvindt tussen de golven en deeltjes die door de spleten gaan in wat een leek zou kunnen verwachten als twee elkaar niet kruisende banen.

Als de bundel fotonen voldoende wordt vertraagd om ervoor te zorgen dat afzonderlijke fotonen de plaat raken, zou men kunnen verwachten dat er geen interferentie is en dat een lichtpatroon zou bestaan uit twee lichtlijnen, uitgelijnd met de spleten. De resultaten van het experiment wijzen echter op de aanwezigheid van interferentie. Op de een of andere manier interfereren de afzonderlijke deeltjes met zichzelf. Op het eerste gezicht lijkt dit onmogelijk: we verwachten dat een enkel foton door de ene of de andere spleet gaat en terechtkomt in een van de twee mogelijke gebieden met lichtlijnen.

Die verwachting wordt echter ontkracht door de resultaten van het experiment met de dubbele spleet. In werkelijkheid gaat elk foton niet alleen door beide spleten, maar doorloopt het ook gelijktijdig elk mogelijk traject op weg naar het doel. Onderzoek naar dit verschijnsel heeft aangetoond dat andere elementaire deeltjes, zoals elektronen, hetzelfde gedrag vertonen.