Двохщілистими досвід юнга

Фактичний початок принципам сучасної науки поклав Ісаак Ньютон, сформулювавши фундаментальні закони класичної механіки ще наприкінці XVII століття. Виведені ним закономірності настільки гладко пояснювали існуючі навколо людини явища природи: силу тяжіння, обертання небесних тіл і так далі, - що фактично дали старт теоретичного науковому 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 полі залишилося лише кілька незначних завдань.

Принцип детермінізму Лапласа

Як бачимо, успіхи ньютонівської механіки внесли істотну лепту 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 обчисливши 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 (хай і не завжди реальна через безліч факторів) можливість обчислення поточного стану будь-якої речовини і явища, а значить, і пророцтво його долі надалі.

Народження теорії відносності Ейнштейна і квантової механіки

Болючим руйнуванням цих ідей стало виявлення на початку XX століття дивних властивостей світу субатомних частинок, у 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 ейнштейнівській 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 по абсолютно 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 учений 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-яке спостереження за квантовим світом вносить обурення в його поведінку. Щоб зазирнути 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 обчислити точно яке положення частинки в просторі, або її швидкість, але ніколи - одне й інше відразу.

світлова хвиляДвохщілистими досвід Юнга

Англійський вчений Томас Юнг ще на стику XVIII і XIX століть поставив експеримент, який відкрив фізикам явище інтерференції світла. У той момент серед учених йшли суперечки про те, що являє собою світло: корпусні частинки або хвилю. Досвід Юнга полягав у наступному. Він пускав світло на ширму через пластинку, в якій були прорізані дві щілини. Якби світло складався з найдрібніших частинок, то на ширмі б відбилися лише дві світлові смужки, частинки 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 корпускулярними 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. Частинка просто не знаходиться в одному конкретному місці. Траєкторію її руху можна визначити лише як імовірність. 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: 31