Podwójne doświadczenie Junga

25.05.2019

Rozpoczął się faktyczny początek zasad współczesnej nauki Isaac Newton sformułowanie podstawowych praw mechaniki klasycznej pod koniec XVII wieku. Regularności wyprowadzone przez niego tak płynnie wyjaśniły zjawiska natury istniejące wokół człowieka: grawitacja, rotacja ciał niebieskich i tak dalej - co faktycznie dało początek teorii wiedza naukowa w fizyce. Przez następne dwieście lat rozwinęła się klasyczna mechanika newtonowska, podbijając coraz bardziej złożone zjawiska naszego świata. Pod koniec XIX wieku wśród naukowców panowała opinia, że ​​problemy fizyki jako nauki zostały praktycznie wyczerpane. Założono, że była w stanie dosłownie wszystko wyjaśnić, a tylko kilka drobnych zadań pozostało w jej polu.

Zasada determinizmu Laplace'a

Jak widać, sukces mechaniki Newtona znacząco przyczynił się do optymistycznego postrzegania ludzkich możliwości w zakresie wiedzy i wpływu na przyrodę. Kwintesencją takiego optymizmu odnośnie znajomości otaczającego świata była koncepcja determinizmu naukowca Pierre Simona Laplace'a. Wyraził opinię doświadczenie młodego człowieka że już niebawem naukowcy będą uczyć się nie tylko poznawania określonego stanu zjawisk fizycznych, ale także na tej podstawie i przewidywania przyszłych zjawisk. Tak więc, na przykład, prowadzenie kamienia, nie zawsze możemy dokładnie zgadnąć, gdzie wyląduje. Ale obliczając jego masę, pęd, jaki dał i kierunek ruchu, możemy wyraźnie obliczyć, gdzie spadł na ziemię. W przybliżeniu to samo (choć nie zawsze rzeczywiste z powodu wielu czynników) możliwość obliczenia obecnego stanu dowolnej substancji i zjawiska, a tym samym przewidywania jego losów w przyszłości, została narysowana w ten sam sposób w reprezentacji Laplace'a i wielu innych naukowców.

Narodziny teorii względności Einsteina i mechaniki kwantowej

Bolesne zniszczenie tych idei było odkryciem na początku XX wieku niesamowitych właściwości świata cząstek subatomowych, w tym doświadczenia Junga. Pierwszym ciosem dla pozornie nierozerwalnej prawdy praw Newtona było obliczenie prędkość światła który nie pasował do mechaniki klasycznej, w wyniku czego prawa tego ostatniego musiały zostać skorygowane. Albertowi Einsteinowi udało się to zrobić w 1905 roku. Równolegle z narodzinami teorii względności Einsteina, która ujawniła związek między przestrzenią a czasem, i która była w stanie konsekwentnie wyjaśnić naturę w ogromnej skali wszechświata, narodziła się inna nauka - mechanika kwantowa. I tu wkrótce odkryto, że cząsteczki subatomowe żyją zgodnie z całkowicie unikalnymi prawami, których ani Newton, ani Einstein nie potrafili wyjaśnić. W latach dwudziestych zwiastowała jeszcze większe trudności niż te, z którymi borykali się wcześniejsi fizycy.

Werner Heisenberg i jego zasada nieoznaczoności

Niemiecki naukowiec Werner Heisenberg jako pierwszy zdał sobie sprawę, że determinizm Laplace'a nie ma zastosowania w tym mikroskopijnym świecie. Faktem jest, że prowadząc badania w naszym makrokosmosie, w jakiś sposób wpływamy na badane elementy. Jednak każda obserwacja świata kwantowego wprowadza perturbacje w jego zachowaniu. Aby tam spojrzeć, musimy "rzucać" fotony, które są porównywalne wielkością z protonami, neutronami, elektronami, a zatem znacząco wpływać na nie, kładąc kres każdemu eksperymentowi. Zgodnie z teoretycznymi obliczeniami Heisenberga moglibyśmy dokładnie obliczyć położenie cząstki w przestrzeni lub jej prędkość, ale nigdy jedno i drugie jednocześnie.

fala świetlna Podwójne doświadczenie Junga

Angielski naukowiec Thomas Jung, na przełomie XVIII i XIX wieku, rozpoczął eksperyment, który odkrył zjawisko fizyki interferencja światła. W tym momencie naukowcy debatowali o tym, co stanowi światło: cząstki korpuskularne lub fala. Doświadczenie Junga wyglądało następująco. Położył światło na ekranie przez płytę, w której przecięto dwie szczeliny. Gdyby światło składało się z najmniejszych cząsteczek, wtedy na ekranie pojawiłyby się tylko dwa jasne paski, a cząstki wyraźnie przechodziłyby przez dwie szczeliny. Ale doświadczenie Junga pokazało, że światło pozostawia na ekranie zakłócenia. Wynika to z natury falowej. Fala, zderzająca się z płytą barierową, rozpada się na dwie części, która już minęła. Ale dalej w drodze do ekranu, amplituda fali jednej zderza się z drugą, wzajemnie się doganiają, tworząc mniejsze i większe skupienie światła w różnych miejscach. Potem eksperyment był bezpośrednim dowodem falowej natury światła. Ale wraz z kolejnymi odkryciami pojawiły się nowe pytania. Max Planck był w stanie udowodnić, że fala świetlna nadal składa się z dyskretnych części - fotonów. Dlaczego więc nie zachowują się jak cząsteczki? Już w XX wieku fizycy wielokrotnie powtarzali doświadczenie Junga, upewniając się, że światło zachowuje się jak fala. Zasugerowano, że jednocześnie fotony uwalniane przez belki zdawały się walczyć ze sobą, tworząc taki obraz z licznych zespołów. Oczywiste cząsteczki również zachowywały się - elektrony, które według wszystkich pojęć fizyków, z pewnością powinny mieć właściwości korpuskularne. Aby wyjaśnić to pytanie, przeprowadzono eksperyment, w którym elektrony uwalniano tylko po jednym na raz. Wydawałoby się to jednym amplituda fali Elektron musi wyraźnie przelecieć przez jedną z dziur i pozostawić znak na ekranie w jednym z dwóch miejsc. Paradoksalnie, interferencja powtórzyła się. Ale prawdziwie zaskakującym faktem było to, że wszystkie próby ustanowienia supersensownych urządzeń i wykrywania trajektorii ruchu każdego elektronu doprowadziły do ​​tego, że zaczął zachowywać się jak cząsteczka. Zakłócenia zniknęły. I to nie ze względu na słabe możliwości techniczne, ale dosłownie z powodu niepewności samej natury. Cząstka nie jest po prostu w jednym miejscu. Trajektorię ruchu można zdefiniować tylko jako prawdopodobieństwo. Oznacza to, że może on dosłownie znajdować się w kilku miejscach w tym samym czasie i przechodzić przez wszystkie możliwe trajektorie (jedna cząstka dosłownie przechodzi przez jedną i przez inną szczelinę). Ta zadziwiająca właściwość została nazwana nielokalnością elementów subatomowych i wykazała ich podwójną naturę cząstkową.