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...)
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése