Двохщілистих досвід юнга

Фактичний початок принципам сучасної науки поклав Ісаак Ньютон, сформулювавши фундаментальні закони класичної механіки ще в кінці XVII століття. Виведені їм закономірності настільки гладко пояснювали існуючі навколо людини явища природи: силу тяжіння, обертання небесних тіл і так далі, - що фактично дали старт теоретичного наукового пізнання у фізиці. Протягом наступних двохсот років класична ньютонівська механіка розвивалася, підкоряючи все більш складні явища нашого світу. В кінці XIX століття в середовищі вчених існувала думка, що завдання фізики як науки практично вичерпані. Передбачалося, що вона змогла несуперечливо пояснити буквально все, і в її поле залишилося лише кілька незначних завдань.

Принцип детермінізму Лапласа

Як бачимо, успіхи ньютонівської механіки внесли істотний внесок в оптимістичний погляд на людські можливості в пізнанні і вплив на природу. Квінтесенцією такого оптимізму щодо пізнання навколишнього світу стала концепція детермінізму вченого П`єра Симона Лапласа. Він висловив думку, досвід юнгащо дуже скоро вчені навчаться не просто з`ясовувати конкретний стан фізичних явищ, але на підставі цього і передбачати майбутні явища. Так, наприклад, запустивши камінь, ми не завжди можемо вгадати, де саме він приземлиться. Але зрозумівши його масу, імпульс, який йому надали, і напрямок руху, ми зможемо чітко вирахувати, де він впаде на землю. Приблизно такий же в уявленні Лапласа і безлічі інших вчених малювалася принципова (нехай і не завжди реальна через безліч факторів) можливість обчислення поточного стану будь-якої речовини і явища, а значить, і пророкування його долі надалі.

Народження теорії відносності Ейнштейна і квантової механіки

Болючим руйнуванням цих ідей стало виявлення на початку XX століття дивовижних властивостей світу субатомних частинок, в тому числі їх продемонстрував і досвід Юнга. Першим ударом по, здавалося б, непорушної правді ньютоновских законів стало обчислення швидкості світла, яка ніяк не вписувалася в класичну механіку, внаслідок чого закони останньої довелося коригувати. Це вдалося зробити Альберту Ейнштейну в 1905 р Паралельно народженню ейнштейнівською теорії відносності, яка розкрила зв`язок між простором і часом і знову змогла несуперечливо пояснити природу на величезних всесвітніх масштабах, народжувалася і інша наука - квантова механіка. І тут дуже скоро виявилося, що субатомні частинки живуть за зовсім унікальним законам, які не змогли б пояснити ні Ньютон, ні Ейнштейн. У двадцяті роки вона віщувала ще більші складнощі, ніж ті, з якими стикалися фізики раніше.

Вернер Гейзенберг і його принцип невизначеності

Німецький вчений Вернер Гейзенберг першим зрозумів, що детермінізм Лапласа непридатний до цього мікроскопічному світу. Справа в тому, що, проводячи дослідження в нашому макросвіті, ми так чи інакше впливаємо на досліджувані елементи. Але будь-який спостереження за квантовим світом вносить обурення в його поведінку. Щоб заглянути туди, ми повинні «кинути» фотони, які можна порівняти за розмірами з протонами, нейтронами, електронами, а значить, відчутно впливають на них, ставлячи хрест на будь-якому експерименті. Згідно з теоретичними розрахунками Гейзенберга, ми могли б вирахувати точно яке положення частинки в просторі, або її швидкість, але ніколи - одне і інше відразу.

світлова хвиляДвохщілистих досвід Юнга

Англійський учений Томас Юнг ще на стику XVIII і XIX століть поставив експеримент, який відкрив фізикам явище інтерференції світла. В той момент серед вчених йшли суперечки про те, що являє собою світло: корпусні частки або хвилю. Досвід Юнга полягав в наступному. Він пускав світло на ширму через пластинку, в якій були прорізані дві щілини. Якби світло складалося з дрібних частинок, то на ширмі б відбилися лише дві світлові смужки, частки б чітко проходили через два прорізи. Але досвід Юнга продемонстрував, що світло залишає на ширмі інтерференційний узор. Відбувається це внаслідок його хвильової природи. Хвиля, стикаючись з загороджувальної платівкою, розбивається надвоє, вже пройшовши її. Але далі по шляху до ширми амплітуда хвилі однієї стикається з іншого, вони взаємно гасять один одного, створюючи в різних місцях меншу і більшу концентрацію світла. Тоді експеримент став прямим доказом хвильової природи світла. Але з подальшими відкриттями виникли і нові питання. Макс Планк зумів довести, що світлова хвиля все ж складається з дискретних частин - фотонів. Так чому ж вони не ведуть себе як частки? Вже в XX століття фізики неодноразово повторювали досвід Юнга, переконуючись, що світло поводиться як хвиля. Було припущено, що одночасно випущені пучками фотони як би відбиваються один від одного, створюючи таку картину з численних смуг. Так само поводилися і очевидні частки - електрони, які за всіма поняттями фізиків вже точно повинні були володіти корпускулярним властивостями. Щоб прояснити питання, був поставлений експеримент, в якому електрони випускалися лише по одному. Здавалося б, один амплітуда хвиліелектрон повинен чітко пролітати через один з отворів і залишати слід на ширмі в одному з двох місць. Парадоксально, але інтерференція повторилася. Але по-справжньому дивним фактом стало те, що всі спроби встановити надчутливі прилади і засікти траєкторію руху кожного електрона приводили до того, що він починав вести себе як частинка. Інтерференція пропадала. І це відбувається не через слабкі технічний можливостей, а буквально через невизначеність самої природи. Частка просто не знаходиться в одному конкретному місці. Траєкторію її руху можна визначити лише як ймовірність. Тобто вона буквально може знаходиться в декількох місцях одночасно і проходити по всіх можливих траєкторіях (одна частинка буквально проходить і через одну, і через іншу щілину). Це дивна властивість було названо нелокальності субатомних елементів і продемонструвало їх двоїсту корпускулярно-хвильову природу.


Оцініть, будь ласка статтю
Всього голосів: 94