RSS
Hvað er tvöföld raufartilraun?
Tvöfalda raufartilraunin er seminal tilraunin sem braut nútíma vísindi opin fyrir skammtafræði. Þetta er tilraun sem byggir á eðli ljóssins sjálfs. Tilraunin með tvöföldum raufum var hönnuð til að ákvarða hvort ljós virkaði sem ögn eða bylgja. Og það sem uppgötvaðist var að ljósið hegðaði sér eins og bylgja við flestar aðstæður. Hins vegar, þegar hreyfing hverrar ljóseindar var athuguð, þá virkuðu þær eins og agnir í staðinn.
Þetta olli dálítilli óvissu í vísindum. Fyrri hugmyndafræði okkar samþykkti hlutina sem eitt eða annað, en ekki bæði. Sem annað hvort ögn eða bylgja. Þessi tilraun leiddi hins vegar í ljós að athugunin ákvarðaði hvort ljós virkaði sem eitt eða annað form. Það neyddi eðlisfræðinga til að þróa alveg nýtt líkan af alheiminum.
Saga tilraunarinnar með tvöföldum raufum
Vísindamenn um 1700 voru klofnir í eðli ljóssins. Spurningin, eins og þú gætir hafa búist við, var hvort ljós væri ögn eða bylgja. Svo, árið 1801, gerði vísindamaður að nafni Thomas Young tilraun til að ákvarða hver væri raunin. Tilraunin var einföld. Young skaut samhangandi ljósgeisla í átt að álpappír. Tvær raufar voru skornar í filmuna, samsíða hvor annarri, og skjá komið fyrir hinum megin á þynnunni.
Í grundvallaratriðum, ef ljós væri ögn í eðli sínu, myndu aðeins tvö merki birtast á skjánum. Ef þú vísar til myndarinnar hér að neðan myndi þetta birtast sem tvær samhliða einrifa myndir. Ef ljós væri aftur á móti bylgjukennt, þá myndi röð truflunarmynsturs birtast á skjánum. Bylgjurnar myndu trufla hver aðra og mynda nokkrar línur, sumar af meiri styrk og aðrar af minni styrk.
Útkoman úr tilraun Young var truflunarmynstur sem gaf sannfærandi vísbendingar um að ljós væri bylgjukennt í náttúrunni. Fyrir vikið sættu vísindamenn sig við að ljós ferðaðist í bylgjum og það var það, að minnsta kosti næstu eina og hálfa öldina. Síðan, í kjölfar nýrra kenninga frá Einstein og Max Planck, var því haldið fram að ljós virkaði bæði sem ögn og bylgja. Truflunarmynstur tilraunarinnar með tvöföldum raufum myndi enn eiga sér stað ef massi örsmárra agna ferðaðist saman og hefði samskipti sín á milli. Agnaform ljóssins var kallað "ljóseind". Það sem meira er, tæki voru þróuð til að skjóta aðeins einni ljóseind í einu.
Vopnaðir þessari nýju þróun endurtóku vísindamenn tvöfalda raufartilraunina með meiri nákvæmni. Ástæðan benti til þess að þar sem aðeins einni ljóseind var skotið í gegnum raufarnar í einu, þá yrði hegðun ljóssins sýnd sem ögn. Til dæmis, ef bylgja væri gerð úr straumi óendanlega lítilla agna, þá myndi hún samt sýna truflunarmynstur. Hins vegar, ef aðeins ein ögn færi í gegnum raufarnar í hvert skipti, þá væru engar aðrar agnir til að skoppa af og því ekkert truflunarmynstur.
Og hér urðu hlutirnir heillandi. Jafnvel þó aðeins ein ljóseind hafi verið send í gegnum raufarnar í einu kom truflunarmynstrið samt fram. Niðurstöðurnar ögruðu rökfræði. Ef það voru engar aðrar ljóseindir til að skoppa af, hvers vegna var truflunarmynstrið enn að eiga sér stað? Ljóseindin lét eins og aðrar ljóseindir væru til staðar. Það er eins og það hafi einhvern veginn "þekkt" leiðir allra annarra mögulegra ljóseinda og brugðist við í samræmi við það. Ennfremur sýndu síðari tilraunir að sömu niðurstöður áttu sér stað þegar unnið var með rafeindir og stærri agnir. En þetta er aðeins helmingur ráðgátunnar um tilraunina með tvöfaldar rifur.
Til að reyna að átta sig á þessum niðurstöðum var gerð síðari tilraun með rafeindir og ein rauf passaði við "í hvaða átt" nema. Þetta gerði vísindamönnum kleift að ákvarða hvaða rauf ljóseindin fór í gegnum. Skyndilega breyttust niðurstöðurnar. Um leið og rafeindanemanum var bætt við fóru aðeins tvær samsíða línur að birtast á skjánum. Athugun rafeindanna breytti hegðun þeirra úr bylgjulíkri í agnalíka. Þetta var fordæmalaust. Aldrei áður lék grunur á að athugun á atburði gæti haft nokkur áhrif á útkomuna. (letur breyting jg, í greininni, hermt eftir þeim menntuðu. tekur tíma)
Áhrif tilraunarinnar með tvöföldum raufum
Tilraunin með tvöfaldri rauf er klassísk sýning á skammtafræði. Þetta er tilhneigingin til þess að smásæjar agnir hegði sér öðruvísi en stórsæir hlutir. Þannig er hegðun rafeinda eða ljóseinda önnur en t.d. tennisbolta í hlutfallslegum aðstæðum. Hlutir sem við sjáum með berum augum hafa tilhneigingu til að fara eina eina, ákveðna leið. Hins vegar virðast smásæjar agnir haga sér eins og bylgjur þar til þær sjást. Um leið og þau koma fram hverfur bylgjuhegðunin og í staðinn kemur aðgerð agna. Í tilraun til að ráða fram úr þessum niðurstöðum hafa skammtafræðingar komið að fjölmörgum túlkunum.
Ein leið til að skilja hegðun skammtaeinda er nefnd Kaupmannahafnartúlkunin. Þetta gefur til kynna að þessar agnir virki sem líkindabylgjur, frekar en stakar agnir. Þetta er svipað og líkamleg bylgja að því leyti að hún hefur toppa og trog. Hins vegar, fyrir líkindabylgju, eru þetta svæði þar sem miklar og litlar líkur eru á að tiltekinn atburður eigi sér stað. Á hverjum tímapunkti í lífi bylgju, í þessu tilviki, milli sendis og nema, eru svæði með meiri og minni líkur á að ögnin taki ákveðinn punkt í geimnum meðfram bylgjunni. Talið er að truflunarmynstrið sem kom fram í tilrauninni með tvöfaldri rauf sé afleiðing þeirra svæða þar sem mestar líkur eru á því.
Önnur túlkun, í boði Richard Feynman, er kölluð Path-integral samsetningin. Þetta sjónarhorn hafnar því að ögn hafi einn feril, í stað þess að leggja fram summu allra mögulegra brauta. Allar þessar mögulegu leiðir eru lagðar hver ofan á aðra. Lokaferillinn er þá meðaltalsleiðin. Til að útskýra þetta með tilliti til tilraunarinnar með tvöföldum raufum ferðast ein ljóseind allar mögulegar leiðir frá sendinum að skjánum. Samtala allra þessara leiða mun þá falla sterkast í sama truflunarmynstri og bylgja. Þetta sjónarhorn er svipað og Kaupmannahafnartúlkunin í kjölfarið; hins vegar kemur það í stað hugmyndarinnar um líkindabylgju fyrir óendanlegan fjölda ofanálagðra agnaferla.
Annað sjónarhorn, De Broglie-Bohm kenningin, sameinar fyrri tvær túlkanir. Það staðhæfir að þó að ögn hafi raunverulega staðsetningu í geimnum á hverju augnabliki, þá stýrist hún af flugbylgju, svipað og líkindabylgjan sem lýst er hér að ofan. Samkvæmt þessari kenningu mun ögnin sjálf ferðast aðeins í gegnum eina rauf. Stýribylgjan fer þó í gegnum hvort tveggja og veldur því að ögnin birtist í samræmi við truflunarmynstur. Á gagnstæðum enda litrófsins er túlkun margra orða. Þetta fullyrðir að bylgjuformið sé raunveruleikinn. Allar mögulegar brautir eiga sér stað í einum af óendanlega mörgum heimum.
Að lokum, og kannski forvitnilegast, er það tengslatúlkunin. Þetta sjónarhorn heldur því fram að hegðun skammtaeindar sé fall af tengslunum milli agna og athuganda. Þetta þýðir að það er enginn eðliseiginleiki sem felst í ögninni sem ákvarðar hreyfingu hennar. Ef ögnin sést ekki, þá er hegðun hennar fullkomlega ákvörðuð af líkindafalli. Hins vegar, um leið og útkoman er mæld, þá hrynur líkindabylgjuformið og myndar einn afmarkaðan feril. Þetta þýðir að hegðun kerfis er háð áhorfanda.
Final orð
Skammtafræðin hefur reynst vendipunktur í heimi eðlisfræðinnar. Klassísk eðlisfræði hélt því fram að hegðun allra agna væri eintölu og afmörkuð. Ennfremur starfaði það samkvæmt þeirri hugmyndafræði að ytri kerfi starfi vélrænt. Einfaldlega sagt, hlutir gerast, hvort sem við erum að horfa eða ekki. Þó að það séu fleiri spurningar en svör þegar kemur að skammtaeðlisfræði, þá hefur það leitt okkur til að viðurkenna möguleikann á óendanlegum veruleika, agnabylgjutvíeðli og að því er virðist dulrænum tengslum skynjunar og útkomu.
