Experimenty na dvojštěrbině

20. listopad 2008 | 06.00 |

Kvantová mechanika nám při svém popisu mikrosvěta přináší zjištění, že objekty malých rozměrů se nepodobají na něco, co známe z denní zkušenosti. Příkladem mohou být například částice světla, kterým říkáme fotony. Jejich vlastnosti jsou velmi rozporuplné, nepodobají se ani částicím ve smyslu velmi malých kuliček ani vlnám, za které se při pokusech z vlnové optiky často vydávají. Pokus na dvojštěrbině nám tuto nejednoznačnou situaci postupně znázorní.

Nejdříve pozorujeme, jak náboje (kuličky) prochází jednou štěrbinou a sledujeme jejich dopad na terč. Výsledek pokusu nás nikterak nepřekvapí. Náboje očekáváme na terči v místech, kam se díky svému přímočarému šíření také dostanou. Nic na tom nezmění fakt, že štěrbinu nahradíme dvojštěrbinou. Na terči opět pozorujeme, že náboje dopadnou do míst, kam se díky tvaru štěrbinou mohou dostat – vzniknou dvě rovnoběžné čáry.

Nyní se podívejme na šíření vlny, která prochází jedním otvorem. Za ním se další vlnění na hladině šíří v podobě kruhových vlnoploch, které jakoby vycházely z otvoru (Huygensův princip). Na pomyslném detektoru bychom zaregistrovali místo s největší výchylkou dopadající vlny. Nahradíme-li opět štěrbinu dvojštěrbinou vzniknou za ní 2 vlnění, která se spolu skládají – interferují. Na detektoru pak vznikne obrazec netypický – soustava světlých a tmavých čar – míst, kde je vlnění s největší výchylkou a míst, kde je výchylka nulová či nejmenší. Tomuto obrazci říkáme interferenční obrazec a je charakteristický jako důkaz vlnové povahy zkoumaného fyzikálního jevu.

Teď si na štěrbinu posvítíme světlem – na stínítku za ní však nepozorujeme nic zvláštního. Výsledek připomíná obrazec, který vznikl také jako dopad nábojů (kuliček) na terč. Světlo je tedy proudem částic – fotonů. Na tom by nebylo nic zvláštního, kdybychom si neposvítili světlem na dvojštěrbinu. Podotýkám, že musíme použít vhodný zdroj světla – třeba laser. Najednou nám vznikne interferenční obrazec, který dokazuje, že světlo se nechová jako proud částic, ale jako vlnění.

V pokusu pokračujeme s elektrony, které na dvojštěrbinu vystřelujeme z elektronového děla. Výsledek je opět překvapující. Elektrony jsou sice částice, ale po průchodu dvojštěrbinou vznikne na detektoru interferenční obrazec – že by i elektrony byly najednou vlnami? Každý z elektronů je přece jako částice a proto musí proletět některým z otvorů a dopadnou na detektor. Mnoho takových elektronů však vytvoří zcela nečekaně interferenční obrazec. Posviťme si tedy na elektrony a zkoumejme, kterým z otvorů každý z nich vlastně prochází, protože přece nemůže jako částice procházet oběma otvory najednou, tak jak to umí vlnění. Pokud by to uměl projít oběma otvory jako jediná částice najednou, pak by mohl i interferovat a proto by mohl vzniknout onen podivný obrazec. Pokud se ovšem elektrony "dozví", že je sledujeme, změní své chování natolik, že dopadnou na detektor ve dvou řadách, tak jak bychom to očekávali u částic (nábojů, kuliček)! Podobně se chovají i fotony. Kvantoví mechanici říkají, že v tomto okamžiku zkolabuje jejich vlnová funkce.

A teď se v tom vyznejte – co je to elektron a co foton? Jsou to částice nebo vlnění? Fyzikové zde museli konstatovat, že obojí – nazývají to korpuskulárně – vlnovým dualismem. Při určitých pokusech se tyto částice mikrosvěta chovají jako částice a v jiných se projevují jako vlny.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 0.00 (0x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Související články

žádné články nebyly nenalezeny

Komentáře