Ο ιστότοπός μας , θέλοντας να
κάνει ένα ευχάριστο διάλειμμα από την καθημερινότητα, σας παρουσιάζει ένα εξαιρετικό βίντεο
κινουμένων σχεδίων που αναπαριστά το πείραμα της διπλής σχισμής του
Young, για το φως και για τα ηλεκτρόνια.
Ο Thomas Young (1773-1829) ήταν ένας Άγγλος φυσικός με ευρύτατο πεδίο
ερευνών που περιελάμβανε πέρα από τομείς της φυσική και των μαθηματικών,
τη μουσική αρμονία και την Αιγυπτιολογία. Έγινε διάσημος, και
μνημονεύεται και στις μέρες μας, για το περιβόητο πείραμα της διπλής
σχισμής, με το οποίο απέδειξε την κυματική φύση του φωτός. Μια θεωρία
που εξελίχθηκε μερικά χρόνια αργότερα από τον Michael Faraday και τον
James Clerk Maxwell, που απέδωσε τις 4 διάσημες εξισώσεις του Maxwell για τη διάδοση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στο χώρο ή το κενό.
Ωστόσο, και ενώ όλη η επιστημονική κοινότητα είχε ξεκάθαρα διαχωρίσει το τι σημαίνει σωμάτιο και τι σημαίνει ακτινοβολία, ήρθε το 1905 ο Albert Einstein , και λίγο αργότερα και ο Arthur Compton, να αποδείξουν ότι το φως υπό περιπτώσεις συμπεριφέρεται ως σύνολο σωματιδίων (φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και φαινόμενο Compton αντίστοιχα), και ενώ ήδη πιο πριν το 1900 ο Max Planck θεώρησε ότι η ενέργεια τη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας απορροφάται και εκπέμπεται σε συγκεκριμένες διάκριτες τιμές (κβάντα), μια προσέγγιση που δίνει σωματιδιακά χαρακτηριστικά στο φως. Λίγα χρόνια αργότερα και συγκεκριμένα το 1923 ο Louis de Broglie, ήρθε να ταράξει εκ νέου τα νερά, ισχυριζόμενος ότι τα σωματίδια (όπως π.χ. τα ηλεκτρόνια) υπό περιπτώσεις συμπεριφέρονται ως κύματα, δηλαδή ακτινοβολία. Τελικά η ακτινοβολία συμπεριφέρεται ως σωματίδια και τα σωματίδια ως ακτινοβολία..!
H παγκόσμια επιστημονική κοινότητα δέχτηκε και τα δύο, δηλαδή ότι το φως έχει διττή φύση, σωματιδιακή και κυματική, κάτι που ισχύει και για τα σωματίδια.
Αλλά το διάσημο πείραμα της διπλής σχισμής, για τα ηλεκτρόνια αυτή τη φορά, περιέπλεξε ακόμα περισσότερο τα πράγματα. Δείχνει πειραματικά ότι δε μπορούμε να εξετάσουμε ταυτόχρονα τη σωματιδιακή και την κυματική φύση των σωματιδίων και συγκεκριμένα των ηλεκτρονίων. Είναι ένα πείραμα που αποδεικνύει μία από τις μεγαλειωδέστερες θεωρίες που συνέλαβε ο ανθρώπινος νους: την αρχή της απροσδιοριστίας του Heisenberg..!
Σύμφωνα με αυτή δε μπορούμε να γνωρίζουμε με απόλυτη ακρίβεια ταυτόχρονα τη θέση και την ορμή ενός σωματιδίου ή με άλλα λόγια, αν λάβει μία κάπως διαφορετική έκφραση, δε μπορούμε ταυτόχρονα να μελετήσουμε τη σωματιδιακή και την κυματική φύση των σωματιδίων...
To αναφέραμε και στον τίτλο: η κβαντική φυσική είναι ένας υπέροχα παράξενος κόσμος, μακριά από κάθε εμπειρία που έχουμε στην καθημερινότητά μας. Απολαύστε...
Ακολουθεί παρακάτω μία ακόμα πιο παράδοξη διαπίστωση...
(Διόρθωση: στους υπότιτλους όπου λέει παρεμβολή, αντικαταστήστε την με τη λέξη συμβολή)
O John Archibald Wheeler (1911-2008), μπέρδεψε ακόμα περισσότερο τα πράγματα με το πείραμα της καθυστερημένης επιλογής, όταν σκέφτηκε μια παραλλαγή του παραπάνω πειράματος. Αντικατέστησε την οθόνη απεικόνισης με μια γρίλια και τοποθέτησε από πίσω της ένα ζεύγος τηλεσκοπίων, το καθένα από τα οποία ήταν στραμμένο προς μια σχισμή. Μόλις πλησιάσει ένα φωτόνιο τη γρίλια ο πειραματιστής μπορεί να επιλέξει είτε να την αφήσει κλειστή , οπότε θα έχει το αποτέλεσμα του αρχικού περιάματος του Γιάνγκ (τους κροσσούς συμβολής), είτε να την ανοίξει , επιτρέποντας στα τηλεσκόπια να καταγράψουν από ποια σχισμή πέρασε το φωτόνιο (σωματίδια). Πως μπορεί όμως , το φωτόνιο να "γνωρίζει" , την ώρα που περνά από την πρώτη οθόνη, ποιά θα είναι η απόφαση του πειραματιστή?
Θεωρητικά, το παραπάνω πείραμα μπορεί να διεξαχθεί και στο πεδίο της αστρονομίας. Το φως που εκπέμπει ένα μακρινό κβάζαρ , αφού καμπυλωθεί από τη βαρυτική στρέβλωση του χώρου που προκαλεί ένας γαλαξίας (φαινόμενο που στηρίζεται στη θεωρία της γενικής σχετικότητας), συνεχίζει να κατευθύνεται προς τη Γη. Τα φωτόνια μπορούν να φτάσουν στη γη από δύο εναλλακτικά μονοπάτια, τα οποία αντιστοιχούν στις δύο σχισμές του πρωτότυπου πειράματος του Young.
Η παραδοξότητα του πειράματος της καθυστερημένης επιλογής έγκειται στο εξής: Παρόλο που η κυματική ή σωματιδιακή φύση του φωτονίου καθορίζεται από την επιλογή του πειραματιστή, η παρατήρηση αυτή καθ' αυτή συνδέεται άμεσα με το παρελθόν, ενδεχομένως με το πολύ μακρινό παρελθόν. Αυτό σημαίνει ότι η επιλογή που κάνει ο παρατηρητής σήμερα συνδιαμορφώνει τη φύση που είχε το σωματίδιο (κυματική ή σωματιδιακή ) στο παρελθόν, ενδεχομένως και στο πολύ μακρινό, αφού το φως από ένα μακρινό κβάζαρ χρειάζεται δισεκατομμύρια χρόνια για να έρθει στη Γη! Άρα ένας πειραματιστής μπορεί να στείλει πληροφορίες στο παρελθόν μέσω ενός φωτονίου που ταξιδεύει στην απεραντοσύνη του σύμπαντος, από μια εποχή τόσο μακρινή που δεν είχαν ακόμα σχηματιστεί οι πλανήτες και ο Ήλιος;
Σίγουρα πάντως, αν δε δύναται κάποιος να θεωρήσει ότι έχει μια επικοινωνία με το παρελθόν, το πείραμα δίνει μια ισχυρή δόση επιστημονικής, και όχι μόνο, τελεολογίας...
Ωστόσο, και ενώ όλη η επιστημονική κοινότητα είχε ξεκάθαρα διαχωρίσει το τι σημαίνει σωμάτιο και τι σημαίνει ακτινοβολία, ήρθε το 1905 ο Albert Einstein , και λίγο αργότερα και ο Arthur Compton, να αποδείξουν ότι το φως υπό περιπτώσεις συμπεριφέρεται ως σύνολο σωματιδίων (φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και φαινόμενο Compton αντίστοιχα), και ενώ ήδη πιο πριν το 1900 ο Max Planck θεώρησε ότι η ενέργεια τη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας απορροφάται και εκπέμπεται σε συγκεκριμένες διάκριτες τιμές (κβάντα), μια προσέγγιση που δίνει σωματιδιακά χαρακτηριστικά στο φως. Λίγα χρόνια αργότερα και συγκεκριμένα το 1923 ο Louis de Broglie, ήρθε να ταράξει εκ νέου τα νερά, ισχυριζόμενος ότι τα σωματίδια (όπως π.χ. τα ηλεκτρόνια) υπό περιπτώσεις συμπεριφέρονται ως κύματα, δηλαδή ακτινοβολία. Τελικά η ακτινοβολία συμπεριφέρεται ως σωματίδια και τα σωματίδια ως ακτινοβολία..!
H παγκόσμια επιστημονική κοινότητα δέχτηκε και τα δύο, δηλαδή ότι το φως έχει διττή φύση, σωματιδιακή και κυματική, κάτι που ισχύει και για τα σωματίδια.
Αλλά το διάσημο πείραμα της διπλής σχισμής, για τα ηλεκτρόνια αυτή τη φορά, περιέπλεξε ακόμα περισσότερο τα πράγματα. Δείχνει πειραματικά ότι δε μπορούμε να εξετάσουμε ταυτόχρονα τη σωματιδιακή και την κυματική φύση των σωματιδίων και συγκεκριμένα των ηλεκτρονίων. Είναι ένα πείραμα που αποδεικνύει μία από τις μεγαλειωδέστερες θεωρίες που συνέλαβε ο ανθρώπινος νους: την αρχή της απροσδιοριστίας του Heisenberg..!
Σύμφωνα με αυτή δε μπορούμε να γνωρίζουμε με απόλυτη ακρίβεια ταυτόχρονα τη θέση και την ορμή ενός σωματιδίου ή με άλλα λόγια, αν λάβει μία κάπως διαφορετική έκφραση, δε μπορούμε ταυτόχρονα να μελετήσουμε τη σωματιδιακή και την κυματική φύση των σωματιδίων...
To αναφέραμε και στον τίτλο: η κβαντική φυσική είναι ένας υπέροχα παράξενος κόσμος, μακριά από κάθε εμπειρία που έχουμε στην καθημερινότητά μας. Απολαύστε...
Ακολουθεί παρακάτω μία ακόμα πιο παράδοξη διαπίστωση...
(Διόρθωση: στους υπότιτλους όπου λέει παρεμβολή, αντικαταστήστε την με τη λέξη συμβολή)
O John Archibald Wheeler (1911-2008), μπέρδεψε ακόμα περισσότερο τα πράγματα με το πείραμα της καθυστερημένης επιλογής, όταν σκέφτηκε μια παραλλαγή του παραπάνω πειράματος. Αντικατέστησε την οθόνη απεικόνισης με μια γρίλια και τοποθέτησε από πίσω της ένα ζεύγος τηλεσκοπίων, το καθένα από τα οποία ήταν στραμμένο προς μια σχισμή. Μόλις πλησιάσει ένα φωτόνιο τη γρίλια ο πειραματιστής μπορεί να επιλέξει είτε να την αφήσει κλειστή , οπότε θα έχει το αποτέλεσμα του αρχικού περιάματος του Γιάνγκ (τους κροσσούς συμβολής), είτε να την ανοίξει , επιτρέποντας στα τηλεσκόπια να καταγράψουν από ποια σχισμή πέρασε το φωτόνιο (σωματίδια). Πως μπορεί όμως , το φωτόνιο να "γνωρίζει" , την ώρα που περνά από την πρώτη οθόνη, ποιά θα είναι η απόφαση του πειραματιστή?
Θεωρητικά, το παραπάνω πείραμα μπορεί να διεξαχθεί και στο πεδίο της αστρονομίας. Το φως που εκπέμπει ένα μακρινό κβάζαρ , αφού καμπυλωθεί από τη βαρυτική στρέβλωση του χώρου που προκαλεί ένας γαλαξίας (φαινόμενο που στηρίζεται στη θεωρία της γενικής σχετικότητας), συνεχίζει να κατευθύνεται προς τη Γη. Τα φωτόνια μπορούν να φτάσουν στη γη από δύο εναλλακτικά μονοπάτια, τα οποία αντιστοιχούν στις δύο σχισμές του πρωτότυπου πειράματος του Young.
Η παραδοξότητα του πειράματος της καθυστερημένης επιλογής έγκειται στο εξής: Παρόλο που η κυματική ή σωματιδιακή φύση του φωτονίου καθορίζεται από την επιλογή του πειραματιστή, η παρατήρηση αυτή καθ' αυτή συνδέεται άμεσα με το παρελθόν, ενδεχομένως με το πολύ μακρινό παρελθόν. Αυτό σημαίνει ότι η επιλογή που κάνει ο παρατηρητής σήμερα συνδιαμορφώνει τη φύση που είχε το σωματίδιο (κυματική ή σωματιδιακή ) στο παρελθόν, ενδεχομένως και στο πολύ μακρινό, αφού το φως από ένα μακρινό κβάζαρ χρειάζεται δισεκατομμύρια χρόνια για να έρθει στη Γη! Άρα ένας πειραματιστής μπορεί να στείλει πληροφορίες στο παρελθόν μέσω ενός φωτονίου που ταξιδεύει στην απεραντοσύνη του σύμπαντος, από μια εποχή τόσο μακρινή που δεν είχαν ακόμα σχηματιστεί οι πλανήτες και ο Ήλιος;
Σίγουρα πάντως, αν δε δύναται κάποιος να θεωρήσει ότι έχει μια επικοινωνία με το παρελθόν, το πείραμα δίνει μια ισχυρή δόση επιστημονικής, και όχι μόνο, τελεολογίας...
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου