Dvojštrbinový experiment A jeho interpretácie

Dvojštrbinový experiment A jeho interpretácie Vlny alebo častice? Andrea Heribanová

Dvojštrbinový experiment • Youngov pokus alebo dvojštrbinový experiment (z angl. double slit experiment) je experiment publikovaný v roku 1803 fyzikom Thomasom Youngom, ktorým potvrdil, že svetlo je vlnenie • Modifikáciou tohto experimentu sa neskôr dokázali aj vlnové vlastnosti častíc (elektrónov , atómov a dokonca aj samostatných molekúl) • Podľa Richarda Feynmana zahŕňa všetky kvantovéprincípy a poukazuje na všetky paradoxy a záhady mikrosveta

„Môžem bezpečne prehlásiť, že kvantovej teórii nerozumie nikto.“ – Richard Feynman • Hoci môžeme zrozumiteľne a matematicky presne opísať nezvyčajné správanie elementárnych častíc, nevieme odpovedať na otázku, prečo sa príroda správa tak zvláštne • Veda odpovedá na „Ako?“, ale „Prečo?“ ponecháva filozofom • Seminárna práca: • Časť: ,,Ako?“ • Časť: ,,Prečo?“

Usporiadanie experimentu 1. časť: ,,Ako?“ Tienidlo Doska s otvormi (štrbinami) Zdroj častíc resp. vĺn

Dvojštrbinový experiment

Dvojštrbinový experiment Priebeh skutočného dvojštrbinového experimentu

2. časť: ,,Prečo?“ Interpretácie dvojštrbinového experimentu: Kodanská interpretácia Teória mnohých svetov (paralelných vesmírov) Teória klasickej mechaniky Transakčná interpretácia (pokročilých vĺn)

Kodanská interpretácia • Vznikla na seminároch v Kodani vedených NielsomBohron, často sa označuje aj ako Bohrova interpretácia • Ak sa s fyzikálnym systémom môže udiať viac vecí, je prítomná amplitúda (pravdepodobností) pre každú z nich a celkový stav systému je daný súčtom či superpozíciou všetkých týchto amplitúd • Ak sa následne uskutoční pozorovanie, zistí sa jedna určitá hodnota, ktorá zodpovedá jednej z amplitúd. Ostatné amplitúdy zmiznú – hovorí sa tomu redukcia amplitúd či redukcia vlnového zväzku • Vysvetlenie dvojštrbinového experimentu

Nedostatky • Problém merania: nie je jasné, ako dochádza k výberu jednej možnosti (jednej amplitúdy pravdepodobnosti) a redukcie ostatných amplitúd • Paradox Schrödingerovej mačky a problém pozorovateľa

2. Teória mnohých svetov Paralelné vesmíry • Jej pôvodcom bol americký fyzik Hugh Everett III. (1957) • Základná myšlienka: vždy, keď je vesmír postavený pred voľbu na kvantovej úrovni, rozštiepi sa ako celok na toľko kópií, koľko potrebuje k tomu, aby bola uskutočnená každá voľba • Paradox Schrödingerovej mačky: existuje živá aj mŕtva mačka v dvoch vesmíroch • Neexistuje teda superpozícia stavov a kolabovanie amplitúdy pravdepodobností, rieši problém pozorovateľa • Vysvetlenie dvojštrbinového experimentu

V súčasnosti sa venuje teórii mnohých svetov David Deutsch z Oxfordeskej Univerzity • Vytvoril experiment, ktorý by v budúcnosti mohol potvrdiť alebo vyvrátiť existenciu paralelných svetov • Navrhuje zostrojiť počítačový „mozog“, ktorý by si priamo uvedomoval deje prebiehajúce na kvantovej úrovni. Tomuto superpočítaču by vedci zadali úlohu pozorovať kvantový systém s dvoma rovnako pravdepodobnými výsledkami. • Ak je správna kodanská interpretácia, interferenčný vzorec dvojštrbinového experimentu by v takomto prípade zmizol. • Ak je správna teória paralelných vesmírov, na tienidle by sme stále pozorovali interferenčný vzorec

3. Teória klasickej mechaniky • Klasická mechanika dospela k odlišnej interpretácii kvantovej mechaniky zvanej teória pilotnej vlny, prezentovanej Louis de Brogliemv roku 1927 • Je založená na rovnakých matematických princípoch ako ostatné interpretácie a má značnú oporu v experimentoch • Podľa tejto teórie sa aj častice mikrosveta správajú ako objekty klasického sveta; odmieta predstavu, že elektróny či iné častice prechádzajú dvoma štrbinami naraz • Interferenčný vzorec vysvetľuje existenciou tzv. skrytých parametrov (ako poloha a hybnosť častíc), ktoré sú vždy definované, avšak sa nedajú zmerať

Skupine častíc je priradená vlna, ktorá sa správa podľa Schrödingerovej rovnice; každá častica z tejto skupiny má pritom predurčenú zložitú dráhu, ktorou sa pohybuje • Táto teória má ale viacero nedostatkov (napríklad nevysvetľuje správne neelastický rozptyl častíc)

4. Transakčná interpretácia Teória pokročilých vĺn • Transakčná interpretácia popisuje kvantové interakcie prostredníctvom stojatých vĺn vytvorených „retardovanými“ a „pokročilými“ vlnami. • Autorom tejto teórie je John Cramer, ktorý ju prvýkrát prezentoval v roku 1986; vyžaduje existenciu zápornej energie šíriacej sa do minulosti • Zjednodušene: Prvý elektrón vyšle ponukovú vlnu, ktorá sa šíri k druhému elektrónu. Druhý elektrón potom vyšle potvrdzujúcu vlnu (šíri sa z budúcnosti do minulosti) smerom k prvému a celá interakcia sa tak uskutoční cez priestoročas. V skutočnosti ale ide o bezčasový proces, všetko prebieha súčasne.

Keď elektrón vibruje, vytvára pole: zmes retardovanej vlny (šíri sa do budúcnosti) a pokročilej vlny (šíri sa do minulosti) • Retardovaná vlna putuje do budúcnosti, kým sa nestretne s elektrónom, ktorý ju pohltí a začne tiež vibrovať. Táto vibrácia vytvára retardovanú a pokročilú vlnu, ktorá sa šíri do minulosti po stope pôvodnej vlny • Prvý elektrón pohltí a tiež vyžiari pokročilú vlnu do minulosti, ktorá vyruší zvyšok tejto energie resp. vlny. Nakoniec zostáva dvojitá vlna spájajúca oba elektróny.

Ďakujem za pozornosť

Dvojštrbinový experiment A jeho interpretácie