Magamról

Saját fotó

Éber tudatossággal figyelem a jeleket. Írom a blogom és a naplóm évek óta és rengeteg fotót készítek.Hat unokám sok derűt hoz a mindennapokba. Hálás köszönet érte a lányaimnak és a vejeimnek is. Persze sok hála a betegeimnek és tanítványaimnak is a rendkívüli pillanatokért. 

2012. október 2., kedd

Kvantumfizika érthetően 2.


A legszebb kísérlet


Az ún. kétrés (double-slit) kísérletet, mint majdnem minden alapvető hullámfizikai jelenséget látványosan és döbbenetesen egyszerűen illusztrálni képes összeállítást az évtized első felében hivatalosan is a világ leggyönyörűbbjének választották ("The most beautiful experiment, Physics World, 2002 september").

Bár maga az elrendezés és annak folytonos fénnyel, valamint folyadékokkal (pl. hullámzó vízzel) elvégzett változatai évszázados múltra tekintenek vissza, a kétrés-jelenségek kvantumfizikai vizsgálata csak az utóbbi évtizedekben vált kivitelezhetővé a lézerek és a különleges optikai eszközök, mint például a fényrészecskék (fotonok) felbontására képes kristályok, prizmák fejlődése nyomán.
 
 
Mielőtt a kvantumfizika rejtelmeibe mélyednénk, vizsgáljuk meg még egyszer, hogyan is működik normál esetben ez az egyszerű összeállítás!
Két, egymástól nem túl távol lévő rést helyezünk koherens fényforrás, vagy akár vízben terjedő hullámok elé, és azt vizsgáljuk, hogy ezek milyen mintázatot alakítanak ki az átellenes oldalon lévő falon vagy képernyőn.
Hullámzó interferencia-csíkokat fogunk kapni, ami nagyon egyszerűen megérthető, ha modellezzük a két résen áthaladó fény, vagy vízhullámok útját. A két-két résen áthaladó hullámok az ernyő egyes pontjait elérve más-más hosszúságú utat járnak be, és emiatt eltérő fázisban érkeznek meg, így végső soron helyenként erősítik, másutt gyöngítik (vagy éppen teljesen kioltják) egymást.
 
 
Idáig tehát nem ért minket különösebb meglepetés; a jelenség a klasszikus fizikai jelenségek kivetítésével is tökéletesen érthető és megmagyarázható.
Ha viszont a kísérletet lézer vagy fény helyett elektron-nyalábbal végezzük el, akkor igen csak el kell, hogy csodálkozzunk - mivel a kapott eredmény akkor is ugyanilyen, hullámzó mintázat lesz (a kihalófélben lévő katódsugárcsöves TV-k elektronágyúja és fluoreszcens képernyője pont megfelel ehhez).
Itt válik érdekesé a dolog - az elektronok ugyanis a klasszikus fizikában például tömeggel és számtalan egyéb jól meghatározható jellemzővel rendelkező anyagi részecskék (ellentétben a fénnyel, amely legalább annyira hullám-természetű is). De akkor hogyan tudnak az elektron-nyaláb apró, anyagi részecskéi interferencia-csíkokat rajzolni a túloldalon lévő képernyőre?
A furcsa megfigyelésre adott legegyszerűbb magyarázatnak eleinte az tűnt, hogy a részecskék sokasága - a két résen való átrepülés során - kényszerűen olyan pályát vesz fel, amelyen egymásnak ütköznek, akár többször is, kitérítve egymást, és a folytonos kölcsönhatás miatt módosuló röppályák végső soron egymást befolyásolva hoznak létre sűrűbb és ritkább becsapódási mintázatokat az ernyőn.
Ez hihetőnek tűnt, egészen addig, amíg ki nem próbálták, hogy mi történik, ha egyszerre csak egyetlen egy elektront lőnek át a rendszeren - kizárva az egymást módosító nyalábok kölcsönhatásának lehetőségét. Teljes képtelenség, hogy interferencia-képet kapjunk -gondolhatnánk a klasszikus fizikát alapul véve. De mindig érhetnek meglepetések, ha túl biztosak vagyunk világképünkben.
(Folytatom...)