Δευτέρα 18 Απριλίου 2011

Κβαντικά παράδοξα: Κύμα και Σωματίδιο

Δεν απαιτείται καμία γνώση της κβαντικής φυσικής για να αναγνωρίσουμε την παραδοξότητα της κβαντικής φυσικής. Το παλαιότερο και αναμφίβολα το μεγαλύτερο από τα κβαντικά μυστήρια αφορά ένα ζήτημα που έχει απασχολήσει τα μεγάλα μυαλά, τουλάχιστον από την εποχή του αρχαίου Έλληνα φιλοσόφου Ευκλείδη: πώς παράγεται το φως;

Η ιστορία αυτή έχει τα μπρος και τα πίσω της. Ο Ισαάκ Νεύτων σκέφτηκε ότι το φως αποτελείτο από μικροσκοπικά σωματίδια – «μόρια» τα λέμε σήμερα. Όμως δεν εντυπωσιάστηκαν με αυτή την άποψη όλοι οι σύγχρονοί του. Στα κλασικά πειράματα που έκανε στις αρχές της δεκαετίας του 1800 ο πολύμαθος Thomas Young, έδειξε με ποιό τρόπο μια ακτίνα φωτός περιθλάται, καθώς αυτή περνάει μέσα από δύο στενές σχισμές που βρίσκονται πολύ κοντά μεταξύ τους, παράγοντας ένα μοτίβο συμβολής πάνω σε μια οθόνη ακριβώς πίσω από τις σχισμές, σαν να ήταν ένα κύμα..
Το πείραμα του Young
Τι είναι λοιπόν το φως, σωματίδιο ή κύμα; Επιθυμώντας να επαληθεύσει τη φήμη της σαν εικονοκλάστης, η κβαντική θεωρία έδωσε μια απάντηση αμέσως μετά την ίδρυση της στις αρχές του 20ου αιώνα. Το φως είναι τόσο σωματίδιο όσο και κύμα – και έτσι, έκλεισε μια για πάντα το θέμα αυτό. Ένα απλό σωματίδιο σε κίνηση όπως για παράδειγμα ένα ηλεκτρόνιο, μπορεί να περιθλάται όσο και να συμβάλει σαν να ήταν κύμα, και είτε το πιστεύετε είτε όχι, ένα αντικείμενο μεγάλο όσο κι ένα αυτοκίνητο έχει ένα δευτερεύοντα κυματικό χαρακτήρα που κυλάει κατά μήκος του δρόμου.
Την αποκαλυπτική αυτή ιδιότητα του φωτός την γνωρίσαμε με την διδακτορική διατριβή του πρωτοπόρου κβαντικού φυσικού Louis de Broglie το 1924. Αυτός έδειξε ότι αν περιγράψουμε τα κινούμενα σωματίδια σαν να είναι κύματα, τότε θα μπορούσαμε να εξηγήσουμε γιατί αυτά είχαν διακριτά, κβαντισμένα ενεργειακά επίπεδα και όχι συνεχή όπως προβλεπόταν από την κλασική φυσική.
single_electron_interference_patternΟ De Broglie αρχικά θεώρησε την ίδια του την εξήγηση απλά σαν μια μαθηματική αφαίρεση, αλλά ο δυαδισμός του φωτός σαν κύμα και σωματίδιο, φαίνεται να είναι πραγματικότητα. Σύγχρονα πειράματα που αντί για φως – όπως στο κλασικό πείραμα συμβολής του Young – χρησιμοποιούν ηλεκτρόνια, δίνουν το ίδιο μοτίβο περίθλασης σαν να είχαμε χρησιμοποιήσει κύματα. Φυσικά, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αντί για ηλεκτρόνια κάθε λογής άλλα σωματίδια.
 Πυροβολούμε ηλεκτρόνια ένα-ένα προς το πέτασμα με τις δύο σχισμές και από την πλευρά ένας κινούμενος ανιχνευτής ‘βλέπει’ να σχηματίζεται ένα μοτίβο συμβολής
Αν βάλουμε δύο ανιχνευτές (αντί για έναν) δεν βλέπουμε συμβολή!
Και οι δύο καταστάσεις – κύματα και σωματίδια – μπορεί να είναι απλά κατασκευάσματα του μυαλού μας, για να διευκολύνουν την καθημερινή κουβέντα.
single_electron_interference_pattern2Βεβαίως δεν έχουμε ακόμη κάνει πείραμα με ένα μακροσκοπικό αντικείμενο, όπως ένα κινούμενο αυτοκίνητο που το μήκος κύματος de Broglie του είναι της τάξης των 10-38 μέτρα.  Αν κάναμε ένα πείραμα σαν του Young αλλά με μεγάλα αντικείμενα, θα έπρεπε να χρησιμοποιήσουμε σχισμές σε παρόμοια κλίμακα, κάτι που ξεπερνά τις σημερινές μας δυνατότητες. Το πείραμα έχει γίνει, όχι με αυτοκίνητο, αλλά με ένα buckyball – ένα πλέγμα από 60 άτομα άνθρακα με διάμετρο, περίπου,  ένα νανόμετρο, που οι φυσικοί το θεωρούν αρκετά μεγάλο για να το δούμε κάτω από το μικροσκόπιο.
buckyballΌλα αυτά αφήνουν ένα βασικό ερώτημα: πώς μπορεί ένα πράγμα να είναι ταυτόχρονα κύμα και σωματίδιο; Ίσως επειδή αυτό να μην είναι ούτε το ένα ούτε το άλλο, λέει ο Markus Arndt του Πανεπιστημίου της Βιέννης, ο οποίος έκανε πειράματα με buckyball το 1999. Αυτό που λέμε ηλεκτρόνιο ή buckyball ενδέχεται τελικά να μην είναι τίποτα περισσότερο στην πραγματικότητα παρά ένα κλικ σε έναν ανιχνευτή, ή ο εγκέφαλος μας να τα αντιλαμβάνεται όπως και τα φωτόνια καθώς αυτά χτυπούν τον αμφιβληστροειδή μας. «Κύμα και σωματίδιο είναι απλώς κατασκευάσματα του μυαλού μας, για να διευκολύνουν την καθημερινή μας ομιλία,» λέει ο Markus Arndt.
New Scientist
http://blogs.sch.gr/pazoulis/2010/05/11/%CE%BA%CE%B2%CE%B1%CE%BD%CF%84%CE%B9%CE%BA%CE%AC-%CF%80%CE%B1%CF%81%CE%AC%CE%B4%CE%BF%CE%BE%CE%B1-%CE%BA%CF%8D%CE%BC%CE%B1-%CE%BA%CE%B1%CE%B9-%CF%83%CF%89%CE%BC%CE%B1%CF%84%CE%AF%CE%B4%CE%B9%CE%BF/

Τα λάθη....

Τα λάθη είναι πολλά όπου η αγάπη είναι λίγη. Εκεί που η αγάπη περισσεύει τα λάθη εξαφανίζονται!

Ανακοίνωση των διαχειριστών της ιστοσελίδας μας

Οι απόψεις που δημοσιεύονται δεν απηχούν κατ' ανάγκη και τις απόψεις των διαχειριστών.
Οι φωτογραφίες προέρχονται από τα site και blog που μνημονεύονται ή από google search ή από άλλες πηγές και ανήκουν αποκλειστικά στους δημιουργούς τους.
Τα αποσπάσματα video που δημοσιεύονται προέρχονται από άλλα site τα οποία και αναφέρονται (σαν Πηγή) ή περιέχουν το λογότυπο τους.
Εάν παρόλα αυτά κάποιος/α θεωρεί ότι θίγεται από ανάρτηση του Blog, καλείται να επικοινωνήσει στο atladidas@gmail.com προς αποκατάσταση του θέματος.

Δεν φέρουμε καμία απολύτως ευθύνη για την εγκυρότητα του θέματος. Τα θέματα ειναι συλλογή ειδήσεων με σκοπό την ενημέρωση και την ψυχαγωγία του επισκέπτη.

Επίσης οι πληροφορίες που περιέχονται έχουν καθαρά ενημερωτικό χαρακτήρα και δεν μπορούν να αντικαταστήσουν την γνωμάτευση του ιατρού σας ή την επίσκεψη σε άλλον ειδικό της υγείας. Αν αποφασίσετε να ακολουθήσετε κάποια διατροφή ρωτήστε τον προσωπικό ιατρό σας. Δεν είμαστε οι ειδικοί ώστε να κάνουμε την πιστοποίηση της ορθότητας των σχετικών άρθρων.