چرا ذرات ریز مثل اشیاء بزرگ رفتار نمی‌کنن؟

یه توپ رو به سمت دیواری پرت کن که دو تا در باز داره. توپ یا از در چپ رد می‌شه یا از در راست. هیچ‌وقت از هر دو با هم رد نمی‌شه. حالا همین کار رو با الکترون بکن.

پژوهشگرهای هیتاچی همین آزمایش رو ساختن. الکترون‌ها رو یکی‌یکی و اون‌قدر آروم فرستادن که هر لحظه حداکثر یه الکترون توی دستگاه بود. هر الکترون روی پرده‌ی آخر، مثل یه ذره، فقط یه نقطه‌ی کوچیک جا می‌ذاشت. اولش نقطه‌ها جاهای شانسی می‌افتادن. ولی بعد از حدود بیست دقیقه، از جمع همین نقطه‌ها نوارهای روشن و تاریک منظم درومد: طرح تداخل.

حالا یکی از دو راه رو ببند. نوارها غیب می‌شن. یعنی الکترون مثل یه ذره به پرده می‌رسه، ولی مثل یه موج از هر دو راه با هم رد می‌شه.

پس چرا توپ این کار رو نمی‌کنه؟ حدود صد سال پیش، لویی دوبروی پیشنهاد کرد که هر چیزی که جرم داره و حرکت می‌کنه یه طول موج داره. هرچی جسم سنگین‌تر و سریع‌تر باشه، طول موجش کوتاه‌تره.

طول موج یه الکترون سریع تقریباً هم‌اندازه‌ی یه اتمه. برای همین درون اتم‌ها رفتار موجی الکترون کاملاً به چشم میاد. ولی طول موج توپی که پرتاب می‌کنی اون‌قدر کوچیکه که هیچ حس یا ابزاری نمی‌تونه ببینتش.

این کوچیکی چرا مهمه؟ چون طرح تداخل فقط وقتی دیده می‌شه که فاصله‌ی راه‌ها تقریباً هم‌اندازه‌ی طول موج باشه. دیویسون و جرمر الکترون‌ها رو به یه بلور نیکل تابوندن که فاصله‌ی لایه‌های اتمیش تقریباً هم‌اندازه‌ی طول موج الکترون بود، و طرح تداخل گرفتن. برای دیدن موج یه توپ، راه‌هایی لازمه که فاصله‌شون به کوچیکیِ طول موجش باشه؛ کوچیک‌تر از هر چیزی که ابزارهای ما بهش می‌رسن.

این رفتار تا چه اندازه‌ای جلو می‌ره؟ گروه مارکوس آرنت و آنتون زایلینگر توی دانشگاه وین یه چیز خیلی بزرگ‌تر از الکترون رو امتحان کردن: مولکولی از شصت اتم کربن که شکلش مثل یه توپ فوتباله. مولکول‌ها رو از یه توری با شکاف‌های خیلی باریک فرستادن و باز طرح تداخل گرفتن، با این‌که طول موجشون صدها بار از خودِ مولکول کوچیک‌تر بود. به گفته‌ی پژوهشگرها، هر مولکول فقط با خودش تداخل می‌کرد، یعنی هر کدوم تنهایی از چند راه با هم رد می‌شد.

بعد همین گروه، با مولکول‌هایی که شیمی‌دان‌های دانشگاه بازل ساخته بودن، رفتار موجی رو توی مولکول‌هایی خیلی سنگین‌تر نشون داد. این مولکول‌ها چند هزارم ثانیه توی حالت «دو جا با هم» موندن.

پس چرا یه ذره‌ی غبار موج نداره؟ جواب توی برخوردهاست. هر مولکول هوا یا ذره‌ی نوری که به یه جسم می‌خوره، یه خبر از جای اون جسم با خودش می‌بره، و همین خبر طرح تداخل رو پاک می‌کنه. به این اتفاق می‌گن ناهمدوسی. خبر نابود نمی‌شه، فقط اون‌قدر توی محیط پخش می‌شه که عملاً نمی‌شه جمعش کرد، مثل یه قطره جوهر توی اقیانوس.

یه ذره‌ی غبار معلق توی هوا رفتار موجیش رو تقریباً همون لحظه از دست می‌ده. نور خورشید توی یه میلیونیم ثانیه جای اون رو میلیون‌ها بار توی محیط ثبت می‌کنه.

برای همین آزمایش‌های وین مولکول‌ها رو توی جایی تقریباً خالی از هوا فرستادن و دورشون پوسته‌ای گذاشتن که کمتر با اطراف درگیر بشن. نگرانی اصلی این بود که مولکول‌های داغ با تابوندن نوری که چشم نمی‌بینه، خبر جاشون رو بیرون بدن.

برای این گذر لازم نیست آدمی نگاه کنه؛ خود محیط نقش ناظر رو بازی می‌کنه. مرز تیزی هم پیدا نشده و گذر تدریجیه. این رفتار حتی توی جسم‌هایی که زیر میکروسکوپ معمولی دیده می‌شن پیدا شده. قدم بعدی آرنت، رسوندن همین آزمایش‌ها به جسم‌های خیلی سنگین‌تره.