Transcript Dvojštrbinový experiment

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
kvantové princípy 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:
1. Časť: ,,Ako?“
2. Časť: ,,Prečo?“
1. časť: ,,Ako?“
Usporiadanie experimentu
Doska s
otvormi
(štrbinami)
Zdroj častíc
resp. vĺn
Tienidlo
Dvojštrbinový experiment
Dvojštrbinový experiment
Dvojštrbinový experiment
Dvojštrbinový experiment
Dvojštrbinový experiment
Priebeh skutočného dvojštrbinového experimentu
2. časť: ,,Prečo?“
Interpretácie dvojštrbinového experimentu:
1. Kodanská interpretácia
2. Teória mnohých svetov (paralelných
vesmírov)
3. Teória klasickej mechaniky
4. Transakčná interpretácia (pokročilých vĺn)
1. Kodanská interpretácia
• Vznikla na seminároch v Kodani vedených Nielsom
Bohron, 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 Brogliem v 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