آلبرت اینشتین به‌طور مشهور با درک نظریه‌ی کوانتوم که بیان می‌کرد اشیاء فیزیکی – از جمله نور – همزمان دارای ماهیت موجی و ذره‌ای هستند و این دوگانگی را نمی‌توان به‌طور همزمان مشاهده کرد، مخالفت داشت. اما نسخه‌ای جدید و ساده از یکی از آزمایش‌های بنیادی مکانیک کوانتومی، اکنون شواهدی مستقیم و قاطع ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد شاید اینشتین اشتباه می‌کرده است.
در مقاله‌ای که اخیراً در Physical Review Letters منتشر شده، دانشمندان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) با موفقیت آزمایش مشهور دوشکافی را در مقیاس اتمی بازسازی کردند و به سطحی بی‌سابقه از دقت تجربی دست یافتند. آن‌ها با استفاده از اتم‌های فوق‌سرد به‌عنوان "شکاف‌هایی" که نور از میان آن‌ها عبور می‌کند، تأیید کردند که دوگانگی موج-ذره نور – با تمام ویژگی‌های متناقضش – حتی در بنیادی‌ترین مقیاس‌های کوانتومی نیز پابرجاست.
آزمایش دوشکافی نخستین‌بار در سال ۱۸۰۱ توسط فیزیکدان بریتانیایی، توماس یانگ، انجام شد و ماهیت دوگانه‌ی نور را در جهان کوانتومی نشان داد. وقتی پرتوی نوری – شامل "ذرات" فوتون – از میان دو شکاف موازی روی یک صفحه تابانده می‌شود، الگوی حاصل در سوی دیگر، شبیه به تداخل دو موج در آب ظاهر می‌شود؛ گویی نور مانند موج رفتار می‌کند. اما اگر تلاش کنید تا این گذار اسرارآمیز را مستقیماً مشاهده کنید و به درون شکاف نگاه بیندازید، الگوی تداخلی از بین می‌رود.
نیلز بور، اصلی‌ترین مخالف اینشتین در این بحث، این پدیده را "اصل مکملیت" نامید؛ این ایده که نمی‌توان ویژگی‌های مکمل یک سامانه‌ی کوانتومی را به‌طور همزمان اندازه‌گیری کرد. اما اینشتین نظریه‌ای ارائه کرد: اگر شکافی بسیار نازک را با فنری در جای خود نگه داریم، برخورد نور با آن باعث لرزش فنر می‌شود، و این لرزش می‌تواند رفتار ذره‌ای فوتون را آشکار کند. از این طریق، او امیدوار بود که بتوان دوگانگی نور را در حین وقوع ثبت کرد.
برای آزمودن این فرضیه، تیم MIT طراحی آزمایش خود را تا مقیاس تک‌اتمی ساده‌سازی کرد. آن‌ها اتم‌ها را تا دماهای فوق‌العاده پایین در حد میکروکلوین سرد کردند (برای درک بهتر، یک کلوین معادل با منفی ۴۶۰ درجه فارنهایت یا منفی ۲۷۲ درجه سلسیوس است). با استفاده از لیزر، بیش از ۱۰٬۰۰۰ اتم را به شکلی منظم و بلورمانند کنار یکدیگر چیدند. این محیط کاملاً کنترل‌شده به پژوهشگران اجازه داد تا "تار بودن" یا عدم قطعیت موقعیت هر اتم را تنظیم کنند. به‌طور ساده، هرچه یک اتم تارتر باشد، احتمال آن‌که فوتونی که از آن عبور می‌کند رفتار ذره‌مانند از خود نشان دهد بیشتر می‌شود.
ولفگانگ کترلِه (Wolfgang Ketterle)، نویسنده‌ی ارشد این پژوهش، در گفت‌وگو با MIT News توضیح داد: «این اتم‌های منفرد مثل کوچک‌ترین شکاف‌هایی هستند که می‌توان ساخت.» کترله که برنده‌ی جایزه نوبل فیزیک در سال ۲۰۰۱ است، به همراه تیمش با تاباندن مکرر فوتون‌ها به این شکاف‌های اتمی توانستند الگوی پراش (diffraction pattern) حاصل از پراکندگی فوتون‌ها از این شکاف‌ها را ثبت کنند.
آنچه آن‌ها یافتند — که البته چندان تعجب‌آور نبود — این بود که نیلز بور درست می‌گفت. هرچه بیشتر بر مسیر یک فوتون منفرد تمرکز می‌کردند، الگوی پراش ضعیف‌تر می‌شد، که تأیید می‌کرد نمی‌توان نور را به‌طور همزمان به‌عنوان موج و ذره مشاهده کرد. آن‌ها حتی لیزرهایی را که اتم‌ها را در جای خود نگه می‌داشتند — معادل "فنر" در آزمایششان — خاموش کردند. با این حال، باز هم رهگیری مسیر فوتون بدون بر هم زدن الگوی موج‌مانند تداخلی غیرممکن بود.
ویتالی فدوسِیف (Vitaly Fedoseev)، نویسنده‌ی اصلی مقاله، نیز در گفت‌وگو با MIT News توضیح داد:
«در بسیاری از توصیف‌ها، نقش فنرها بسیار پررنگ است. اما ما نشان دادیم که نه، فنرها در اینجا اهمیتی ندارند؛ چیزی که اهمیت دارد تنها "تار بودن" یا عدم قطعیت موقعیت اتم‌هاست. بنابراین باید از توصیف عمیق‌تری استفاده کرد — مانند اصل مکملیت بور — که به هم‌بستگی‌های کوانتومی میان فوتون‌ها و اتم‌ها متکی است.»