Читать книгу Sześć niemożliwych rzeczy - John Gribbin - Страница 6

KONWULSJA PIERWSZA

CENTRALNA TAJEMNICA

Dziwaczność świata kwantów znakomicie pokazuje sytuacja, która znana jest pod formalną nazwą „eksperymentu z dwiema szczelinami”. Richard Feynman, laureat Nagrody Nobla za wkład do fizyki kwantowej, wolał nazywać go „eksperymentem z dwoma otworami” i mówił, że jest to „zjawisko, którego zupełnie, ale to zupełnie nie można wytłumaczyć w jakikolwiek klasyczny sposób i w którym tkwi sama istota mechaniki kwantowej. W gruncie rzeczy nie potrafimy całkowicie wyjaśnić tajemniczego charakteru tego zjawiska (…), a mówiąc o tym, opowiemy równocześnie o podstawowych osobliwościach mechaniki kwantowej”2. Może wydać się to niespodzianką dla każdego, kto pamięta ten eksperyment ze szkoły, gdzie przedstawiano go jako „dowód” falowej natury światła.

Szkolny wariant eksperymentu rozgrywa się w przyciemnionym pomieszczeniu, gdzie promień światła kierowany jest na prosty ekran – kartę tektury lub papieru – w którym zrobiono dwa otwory lub, w innej wersji, dwie równoległe, położone blisko siebie szczeliny. Za tym ekranem znajduje się drugi, bez żadnych otworów. Światło przechodzi przez otwory w pierwszym ekranie i pada na drugi ekran, gdzie powstaje wzór złożony z jasnych i ciemnych prążków. Zjawisko zmiany kierunku rozchodzenia się fali po przejściu przez dwa otwory nazywane jest dyfrakcją, a tworzący się wzór nosi nazwę wzoru interferencyjnego, ponieważ powstaje on w wyniku interferencji dwóch promieni świetlnych, rozchodzących się od dwóch otworów, przez które przeszło światło. I dokładnie pasuje do wzoru, którego spodziewalibyśmy się, gdyby rozchodzące się światło miało postać fali. W niektórych miejscach fale dodają się i tworzą na drugim ekranie jasny prążek, w innych szczyt jednej fali spotyka się z doliną drugiej, toteż fale wzajemnie się znoszą i na ekranie zostaje ciemny prążek. Taki sam rodzaj wzoru interferencyjnego obserwujemy dla fal rozchodzących się po spokojnej powierzchni stawu, do którego jednocześnie wrzucono dwa kamyki. Jedną z charakterystycznych cech tego rodzaju interferencji jest to, że najjaśniejszy prążek światła na drugim ekranie nie wypada bezpośrednio za którymkolwiek z otworów, ale dokładnie pomiędzy nimi, w miejscu, gdzie spodziewalibyśmy się, że drugi ekran pozostanie całkiem nieoświetlony, jeśli światło byłoby strumieniem cząstek. Gdyby rzeczywiście było ono strumieniem cząstek, jasne prążki powinny pojawić się za każdym z otworów, a pomiędzy tymi skrawkami światła panowałaby ciemność.

2 R.P. Feynman, R.B. Leighton, M. Sands, Feynmana wykłady z fizyki, t. 1, cz. 2, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001, przeł. M. Grynberg, s. 173. W tym kontekście określenia „fizyka kwantowa” i „mechanika kwantowa” są równoważne. Zwrot „fizyka klasyczna” obejmuje wszystko, co zaistniało przed teoriami względności i kwantową.