παράξενο φως

330px-Two-Slit_Experiment_Electrons.svg

Βικιπαίδεια

Όπως έχει ήδη αναφερθεί, με το πείραμα των δύο σχισμών αποδείχτηκε η κυματική φύση του φωτός. Ενδιαφέρον είναι το γεγονός πως το 1961 το πείραμα των δύο σχισμών εκτελέστηκε με ηλεκτρόνια και το 1999 με αντικείμενα αρκετά μεγάλα, μισό εκατομμύριο φορές μεγαλύτερα από το πρωτόνιο, που παρουσίασαν και αυτά κυματική συμπεριφορά.

Τα παράδοξα άρχισαν όταν κάποιοι επιστήμονες σκέφτηκαν να εκτελέσουν το πείραμα με τον περιορισμό να διέρχεται ένα μόνο φωτόνιο ή ηλεκτρόνιο κάθε φορά από το σύστημα των δύο παράλληλων σχισμών. Η λογική σκέψη ήταν πως, αφού το φαινόμενο της συμβολής οφείλεται στην αλληλεπίδραση δύο ηλεκτρονίων που περνούν ταυτόχρονα από τις δύο σχισμές, με ένα ηλεκτρόνιο δε θα είναι δυνατή μια τέτοια αλληλεπίδραση, έτσι το ίχνος στην οθόνη θα εμφάνιζε δύο παράλληλες γραμμές. Και όμως τα αποτελέσματα ήταν πολύ διαφορετικά! Προσέξτε την παρακάτω εικόνα:

320px-Double-slit_experiment_results_Tanamura_2

Βικιπαίδεια

Στην αρχή τα ηλεκτρόνια που περνούν ένα ένα από μία από τις δύο σχισμές αποτυπώνονται στην οθόνη σε τυχαία σημεία (a, b). Καθώς όμως περνάει η ώρα -και όλο και περισσότερα ηλεκτρόνια περνούν τις σχισμές (πάντα ένα ένα)- αρχίζει και αποτυπώνεται στην οθόνη μια εικόνα συμβολής! (c, d, e).

Το παράδοξο συμπέρασμα που βγαίνει είναι ότι κάθε ηλεκτρόνιο φαίνεται σα να έχει περάσει και από τις δύο σχισμές αλληλεπιδρώντας με τον ίδιο του τον εαυτό.

Οι επιστήμονες τότε αποφάσισαν να κάνουν μέτρηση ώστε να δουν από ποια σχισμή περνάει τελικά το ηλεκτρόνιο. Έτσι τοποθέτησαν μια συσκευή παρατήρησης κοντά στις σχισμές ώστε αν διέλθει από τη μία από αυτές να καταγραφεί.

Και τότε άρχισαν να συμβαίνουν τα πολύ παράδοξα. Μόλις έμπαινε η συσκευή μέτρησης τα ηλεκτρόνια σταματούσαν να συμπεριφέρονται ως κύματα και εμφάνιζαν στην απέναντι οθόνη δύο γραμμές. Δηλαδή συμπεριφέρονταν ως σωματίδια! Και μάλιστα το γεγονός αυτό συνέβαινε είτε η μέτρηση γινόταν πριν περάσει το ηλεκτρόνιο τις σχισμές είτε μόλις τις περάσει!

young2

http://www.metaforum.gr/metaforum/viewtopic.php?p=919

Δείτε εδώ ένα ενδιαφέρον βίντεο το οποίο παρουσιάζει με απλό τρόπο το πείραμα των δύο σχισμών:

Το βίντεο αυτό μπορείτε να το δείτε εδώ στο youtube ώστε να διαβάσετε και τα εξίσου ενδιαφέροντα σχόλια.

Μήπως το ηλεκτρόνιο χωρίζεται με κάποιον τρόπο στα δύο και πάει από μισό σε κάθε σχισμή; Όχι βέβαια! Τα ηλεκτρόνια δεν παρουσιάζονται ποτέ μισά. Όπως οι σφαίρες, ή υπάρχουν κάπου ακέραια ή δεν υπάρχουν καθόλου. Από την εποχή της ανακάλυψης της κβαντικής μηχανικής πολλοί άνθρωποι προβληματίζονται και προσπαθούν να βρουν μια απάντηση σ’ αυτό το δίλημμα. Απ’ όσο ξέρουμε μέχρι τώρα δεν έχει βρεθεί καμία. Είναι σαν τα ηλεκτρόνια να φεύγουν από την πηγή ως σωματίδια και να φτάνουν στον ανιχνευτή επίσης ως σωματίδια, αλλά από τη χαρακτηριστική εικόνα άφιξης των ηλεκτρονίων που παρατηρούμε στον ανιχνευτή φαίνεται σαν να διάνυσαν το ενδιάμεσο διάστημα σαν κύματα!
από το βιβλίο «ΤΟ ΚΒΑΝΤΙΚΟ ΣΥΜΠΑΝ»
Εκδόσεις ΤΡΟΧΑΛΙΑ

4

http://dimipap.blogspot.gr/2011/04/blog-post_17.html

Στη δεκαετία του ’20 ο Νιλς Μπορ έδωσε μια πιθανή εξήγηση αυτού του παράδοξου. Φανταστείτε πως το φωτόνιο τη στιγμή που διέρχεται από τη σχισμή Α ανήκει σε κάποιον δυνατό κόσμο (κόσμος Α), ενώ όταν περνά από τη σχισμή Β ανήκει σ’ έναν άλλο κόσμο (κόσμος Β). Κατόπιν φανταστείτε ότι αυτοί οι δύο κόσμοι Α και Β κατά κάποιον τρόπο συνυπάρχουν, επικαλύπτονται. Ο Μπορ ισχυρίζεται πως δεν μπορούμε να πούμε ότι ο πραγματικός κόσμος είναι ο Α ή ο Β, αλλά ένα γνήσιο υβρίδιο των δύο. Επιπλέον αυτή η υβριδική πραγματικότητα δεν είναι το απλό άθροισμα των δύο εναλλακτικών κόσμων αλλά ένας λεπτότατος συνδυασμός τους: οι δύο κόσμοι αλληλοεπηρεάζονται με αποτέλεσμα να δημιουργείται η περίφημη εικόνα συμβολής.
(από το βιβλίο του Π. Ντέιβις «Θεός και Μοντέρνα Φυσική», Εκδόσεις ΚΑΤΟΠΤΡΟ)

3072948EEFA76D2584C4FA673C820456

http://thetikoidramas.ning.com/profiles/blogs/4677355:BlogPost:30601

Υπάρχει πάντως μια εξήγηση στο παράδοξο του παραπάνω πειράματος το οποίο οφείλεται στην κβαντική φύση του φωτός. Για να δούμε ένα αντικείμενο (στο συγκεκριμένο πείραμα το ηλεκτρόνιο) θα πρέπει να το φωτίσουμε. Δηλαδή να ανακλαστεί πάνω του τουλάχιστον ένα φωτόνιο. Όμως το ηλεκτρόνιο όταν φωτίζεται δέχεται ένα τράνταγμα που διαταράσσει σημαντικά την κίνησή του. Και αυτή η διαταραχή αρκεί να εξαλείψει τη χαρακτηριστική εικόνα της συμβολής (δηλαδή της κυματικής φύσης του ηλεκτρονίου). Τότε θα πει κάποιος ας μειώσουμε την ένταση του φωτός. Μπα, ούτε τώρα θα καταφέρουμε κάτι. Γιατί μειώνοντας την ένταση του φωτός ουσιαστικά μειώνουμε τα φωτόνια. Και με λιγότερα φωτόνια υπάρχει μεγαλύτερη πιθανότητα να περάσουν από τις σχισμές ηλεκτρόνια χωρίς να τα δούμε. Αυτά τα ηλεκτρόνια που πέρασαν «κρυφά» σχηματίζουν στην οθόνη την εικόνα της συμβολής (δηλαδή τις πολλές φωτεινές και σκοτεινές περιοχές).

Αυτό είναι το πρόβλημα στην κβαντική φυσική. Κάνοντας μια μέτρηση, αναγκαστικά προκαλούμε μια σημαντική διαταραχή στο αντικείμενο στο οποίο κάνουμε τη μέτρηση. Για τα μικροσκοπικά αντικείμενα (π.χ. ηλεκτρόνια) τέτοιες διαταραχές δεν είναι αμελητέες. Αυτή είναι η ουσία της «αρχής της απροσδιοριστίας» του Χάιζενμπεργκ.

Ενδεικτικό της σύγχυσης που προκάλεσαν στους επιστήμονες τα ευρήματα της κβαντικής φυσικής ήταν η φράση του William Bragg πως κάθε Δευτέρα, Τετάρτη και Παρασκευή δίδασκε τη σωματιδιακή θεωρία του φωτός και κάθε Τρίτη, Πέμπτη και Σάββατο, την κυματική.

από το βιβλίο «ΤΟ ΚΒΑΝΤΙΚΟ ΣΥΜΠΑΝ»
Εκδόσεις ΤΡΟΧΑΛΙΑ

image010

http://users.sch.gr/kassetas/zzzzzzzphYOUNG.htm

Γράφει ο Γιώργος Γραμματικάκης στην «Αυτοβιογραφία του Φωτός»:

Και εάν ένα κύμα, όπως είναι το φως, αποτελείται πράγματι από σωματίδια, γιατί να μην ισχύει και το αντίθετο; Ένα δηλαδή υλικό σωματίδιο να συμπεριφέρεται ως κύμα;
Η υπόθεση ηχεί ασφαλώς παράτολμη. Αν όμως ένα σωματίδιο, όπως είναι το πρωτόνιο ή το ηλεκτρόνιο, είχε και κάποια ύπαρξη ως κύμα, τούτο θα αποκαθιστούσε την ισορροπία.

Το σωματίδιο είναι βέβαια μια έννοια απολύτως κατανοητή και συγκεκριμένη. Η σύνδεσή του με κάποιο είδος κύματος δεν γίνεται εύκολα αποδεκτή από την εμπειρία μας. Εντούτοις, στον θαυμαστό καινούριο κόσμο της κβαντικής φυσικής, αυτή η σύνδεση είναι εκείνη που οδήγησε στη λύση του γόρδιου δεσμού.

Κυματική φύση έχουν όλα τα υλικά σώματα! Και τα πολύ μικρά -όπως είναι ένα πρωτόνιο- και όσα έχουν μεγαλύτερη μάζα, π.χ. μια μπάλα. Η κυματική φύση δεν είναι ένα περίεργο χαρακτηριστικό του μικροκόσμου, αλλά μια ιδιότητα της ίδιας της ύλης.

Ακόμα και τα σώματα του μακροκόσμου, όπως είναι ένας πλανήτης ή ο ίδιος ο άνθρωπος, έχουν το δικό τους χαρακτηριστικό κβαντικό κύμα. Ο λόγος που το κβαντικό αυτό κύμα δεν γίνεται αντιληπτό βρίσκεται στη σχέση που διατύπωσε ο de Broglie. Όταν η μάζα του σώματος είναι μεγάλη, τότε το αντίστοιχο μήκος κύματός του γίνεται πολύ μικρό.

ΓΙΩΡΓΟΣ ΓΡΑΜΜΑΤΙΚΑΚΗΣ «ΑΥΤΟΒΙΟΓΡΑΦΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ»
Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

ΠΗΓΕΣ

T. HEY, P. WALTERS «ΤΟ ΚΒΑΝΤΙΚΟ ΣΥΜΠΑΝ’
Εκδόσεις ΤΡΟΧΑΛΙΑ

Π. ΝΤΕΪΒΙΣ «ΘΕΟΣ ΚΑΙ ΜΟΝΤΕΡΝΑ ΦΥΣΙΚΗ»
Εκδόσεις ΚΑΤΟΠΤΡΟ

Γ. ΓΡΑΜΜΑΤΙΚΑΚΗΣ «ΑΥΤΟΒΙΟΓΡΑΦΙΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ»

ΚΒΑΝΤΙΚΟΣ ΕΝΑΓΚΑΛΙΣΜΟΣ
Εκδόσεις ΕΝΑΛΙΟΣ

Βικιπαίδεια

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s


Αρέσει σε %d bloggers: