Γεια σου Στάθη.
Ούτε εγώ έχω πλήρη απάντηση αλλά μια και πρόκειται για πιθανότητες ισχύει και όταν πέφτουν ένα – ένα. Θα κάτσουν εκεί που η πυκνότητα πιθανότητας είναι μεγάλη.
Και αυτή είναι μεγάλη στις θέσεις ενισχυτικής συμβολής.
Γιάννη γράφεις,
“μια και πρόκειται για πιθανότητες ισχύει και όταν πέφτουν ένα – ένα”
Σωστά, αλλά δεν είναι ίδιας μορφής πιθανότητα σαν ρίχνουμε ένα κέρμα. Το κέρμα, ένα την φορά, θα είναι ή κορώνα ή γράμματα. Και στα πολλά κέρματα η πιθανότητες θα είναι 50-50.
Στα φωτόνια δεν ισχύει το ή σχισμή 1 ή σχισμή 2, όταν τα ρίχνουμε ένα την φορά. Μαθηματικά μιλάμε για επαλληλία καταστάσεων 1 και 2 για να βγούν τα νούμερα. Δεν μπρούμε να αγνοήσουμε τον κυματικό χαρακτήρα στα των φωτονίων “αβρόχοις ποσίν”. Θέλω να πω δεν αναδύεται αυτός ο χαρακτήρας όπως στα πουλιά, από το σμήνος…
Στάθη όντως η πρόσθεση αυτή των πιθανοτήτων (ως κύματα ή ως μιγαδικοί) είναι κάτι εξόχως περίεργο. Δεν συλλαμβάνω το γιατί.
Πως αντιλαμβάνεσαι αυτόν τον κυματικό χαρακτήρα, που θα συμφωνήσω πως δεν πρέπει να προσπερνάμε “αβρόχοις ποσίν’;
Γιάννη δεν τον αντιλαμβάνομαι τον κυματικό χαρακτήρα (ειδικά τα κύματα …πιθανότητας), αλλά ούτε και τον σωματιδιακό. Για παράδειγμα (όπως σωστά γράφεις και στην ανάρτησή σου), πώς να εξηγήσεις την σταθερότητα των τροχιών στο άτομο του Η, εκλαμβάνοντας τα ηλεκτρόνια μόνον ως σωματίδια;
Το μόνο που καταλαβαίνω είναι το τετριμμένο και χιλιοειπωμένο, δηλαδή ότι ως περιγραφές είναι απαραίτητες και οι δύο. Τα ίδια τα κβαντικά σωματίδια είναι κάτι που η φύση του μας διαφεύγει (σε αυτό συμφωνώ με τον Θρασύβουλο, ας μου επιτραπεί ο ενικός αν και δεν τον γνωρίζω).
Όπως και να έχει θεωρώ πως η απλή σχέση του de Broglie, p=h/λ, έχει απίστευτο βάθος πίσω της.
Γιάννη και Στάθη και Βασίλη, δυο λόγια για το που έχω «καταλήξει», προσπαθώντας να προσεγγίσω την έννοια.
Μια ισορροπημένη προσέγγιση αναγνωρίζει ότι η «δυαδικότητα» είναι μια ιστορική και εργαλειακή-επικουρική έννοια, που προέκυψε ιστορικά από την αρχή της συμπληρωματικότητας (τέκνο του Bohr) ενώ η σύγχρονη κβαντομηχανική παρέχει μια πιο ολοκληρωμένη και ενοποιημένη περιγραφή του φωτός ως φωτονίων που παρουσιάζουν συμπεριφορές που διέπονται μόνο από κβαντικές αρχές.
Τα φωτόνια είναι θεμελιώδη σωματίδια που περιγράφονται από την κβαντική θεωρία πεδίου, η οποία παρέχει μια ενοποιημένη περιγραφή της σωματιδιακής και κυματικής συμπεριφοράς τους.
Η κυματοσυνάρτηση, η οποία περιγράφει τις πιθανότητες εύρεσης φωτονίων, παρουσιάζει κυματοειδείς ιδιότητες, αλλά αυτό δεν ισοδυναμεί με το να λέμε ότι το ίδιο το φως εναλλάσσεται μεταξύ κύματος και σωματιδίου.
Leonard Susskind (από τους μεγαλύτερους θεωρητικούς φυσικούς εν ζωή): Η κυματοσυνάρτηση είναι καθαρά μαθηματική οντότητα και όχι φυσικό κύμα με ενέργεια και ορμή κατανεμημένο στο χώρο. Είναι Κύμα πληροφορίας, Κύμα γνώσης.
Η ποσότητα |Ψ(r)|² μας δίνει την πυκνότητα πιθανότητας να βρεθεί ένα σωματίδιο που περιγράφεται από τη κυματοσυνάρτηση αυτή μέσα σε ένα στοιχειώδες όγκο d³r γύρω από τη θέση r.
Καλημέρα σε όλους
Αρχικά να τονίσω ότι είναι ένα τόσο δύσκολο θέμα, δεν είμαι ειδικός, οπότε ζητώ εκ των προτέρων συγγνώμη για τα λάθη που θα κάνω.
Στάθη λες:
στο πείραμα της διπλής σχισμής, φαινόμενα συμβολής έχουμε ακόμη όταν ρίχνουμε τα φωτόνια ένα την φορά, με όσο μεγάλη χρονική απόσταση μεταξύ τους, θέλουμε. Δηλαδή ρίχνουμε το πρώτο, περνά τις σχισμές και αφήνει το αποτύπωμά του στην οθόνη συλλογής. Μόνον τότε ρίχνουμε το δεύτερο και ούτω καθεξής. Μετά από πολλές ρίψεις, θα εμφανιστούν κροσσοί ενίσχυσης και απόσβεσης. Συνεπώς ο κυματικός χαρακτήρας αναδύεται και με ένα φωτόνιο (και με οποιαδήποτε άλλο κβαντικό σωματίδιο) την φορά.
Στο βίντεο που παραθέτω, το οποίο έχει δοθεί ακριβώς εδώ στο υλικό, εγώ καταλαβαίνω ότι και τα σωματίδια μπορούν να έχουν συμβολή. (αρκούν τα πρώτα πέντε λεπτά να δει κάποιος).
Ακριβέστερα:
και τα σωματίδια και τα κύματα μπορούν να έχουν:
-ευθύγραμμη διάδοση
-συμβολή
πίσω από τις σχισμές, ανάλογα με την ενέργειά τους και το πλάτος της σχισμής.
Επομένως ο κυματικός χαρακτήρας του (ενός) φωτονίου, ως κβαντική οντότητα την οποία πρακτικά δε γνωρίζουμε δεν είναι απαραίτητος.
Να είστε όλοι καλά
Το φαινόμενο της περίθλασης όπως και το φαινόμενο της συμβολής είναι δύο χαρακτηριστικά φαινόμενα των κυμάτων. Το πρώτο φαινόμενο συμβαίνει όταν ένα κύμα πέσει σε ένα εμπόδιο ή μία σχισμή που είναι της τάξεως ή και μικρότερη του μήκους κύματος. Τότε το κύμα παύει να διαδίδεται ευθύγραμμα. Σπάει λίγο, δηλαδή περιθλάται. Να σημειώσουμε ότι η λέξη «θλάση» περιγράφει σπάσιμο σε μικρή γωνία. Συμβολή έχουμε όταν το φως ή ένα κύμα γενικότερα περάσει από δύο σχισμές. Τότε δημιουργούνται οι λεγόμενοι κροσσοί συμβολής. Τότε για το φως έχουμε εναλλαγές φωτός και σκότους. Αυτό το φαινόμενο φανερώνει το διανυσματικό χαρακτήρα του φωτός που άλλοτε τα διανύσματα είναι ομόρροπα και προστίθενται, οπότε φως+φως = περισσότερο φως (ενισχυτική συμβολή) και άλλοτε είναι αντίρροπα, οπότε αφαιρούνται και τότε φως+φως = σκοτάδι (αποσβεστική συμβολή).
Αν μία δέσμη φωτός Laser περάσει από μία λεπτή σχισμή έχουμε περίθλαση. Το φως απλώνεται δεξιά και αριστερά όπως στην εικόνα 1. Αν περάσει από δύο σχισμές τη μία δίπλα στην άλλη, τότε συμβαίνει το φαινόμενο της συμβολής και δημιουργούνται κροσσοί ενίσχυσης και απόσβεσης όπως φαίνεται στην εικόνα 2. Τότε δηλαδή εναλλάσσεται το φως με το σκοτάδι. Κατά τη κβαντική θεωρία το φως αποτελείται από κβαντικές οντότητες «σωματίδια» που λέγονται φωτόνια.
Έστω ότι κάνουμε το πείραμα της διπλής σχισμής αλλά μειώνουμε σταδιακά την ένταση του φωτός φθάνοντας στο σημείο να ρίχνουμε κάθε φορά ένα φωτόνιο τη μικρότερη ποσότητα του φωτός που μπορεί να υπάρχει στη φύση. Απέναντί από τη διπλή σχισμή έστω ότι έχουμε μία φωτογραφική πλάκα. Τότε κάθε φορά που ρίχνουμε το φωτόνιο, θα εμφανίζεται και μία κουκίδα σε κάποια «τυχαία» θέση της φωτογραφικής πλάκας. Όχι ακριβώς τυχαία, αφού μετά από πάρα πολλές ρίψεις θα εμφανιστεί το μοτίβο της εικόνας 2. Θα εμφανιστούν δηλαδή κροσσοί ενίσχυσης και απόσβεσης.
Τώρα κλείνουμε την μία από τις δύο σχισμές και επαναλαμβάνουμε το πείραμα. Τότε μετά από πολλές ρίψεις θα εμφανιστεί το μοτίβο της εικόνας 1 !!! Δεν υπάρχει πιο περίεργο πείραμα στην ιστορία της φυσικής. Και αυτό γιατί ενώ κλείσαμε ένα από τα δύο μονοπάτια που είχε στη διάθεσή του το φωτόνιο για να πάει από τη πηγή στην φωτογραφική πλάκα, το φωτόνιο φθάνει τώρα σε σημεία που δεν έφθανε ποτέ όταν και τα δύο μονοπάτια-σχισμές ήταν διαθέσιμα.
Όταν και οι δύο σχισμές είναι ανοικτές τότε υπάρχουν σημεία της πλάκας που παραμένουν εσαεί σκοτεινά γιατί σ’ αυτά τα σημεία το φωτόνιο δεν φθάνει ποτέ. Όταν κλείσουμε τη μία από τις δύο σχισμές, τότε τα σκοτεινά σημεία φωτίζονται!! Και τα ερωτήματα που προκύπτουν είναι:
1. Πως ξέρει το φωτόνιο κάθε φορά αν κάποια σχισμή από τις δύο είναι κλειστή έτσι ώστε να συμπεριφερθεί ανάλογα και στην περίπτωση που και δύο σχισμές είναι ανοικτές να μην πέφτει ποτέ σε ορισμένα σημεία της πλάκας;
2. Στα κύματα δημιουργείται η συμβολή αφού τα κύματα περνάνε και από τις δύο σχισμές και συμβάλουν. Πως δημιουργείται το μοτίβο της συμβολής στην περίπτωση που ρίχνουμε ένα ένα τα φωτόνια; Με τι συμβάλλει τότε το κάθε φωτόνιο; Με τον εαυτό του; Και αν συμβάλλει με τον εαυτό του αυτό σημαίνει ότι κάθε φορά περνάει και από τις δύο σχισμές χωριζόμενο στα δύο και στη συνέχεια λίγο πριν πέσει στην φωτογραφική πλάκα ξαναενώνεται;
3. Αν δεν χωρίζεται στα δύο από ποια σχισμή περνάει το φωτόνιο; Και κάτι πιο τραγικό. Γιατί όταν στήνουμε μία επιπλέον διάταξη που ανιχνεύει από ποια σχισμή περνάει το φωτόνιο τότε το μοτίβο της συμβολής καταστρέφεται;
Η άποψη της σχολής της Κοπεγχάγης για το περίεργο αυτό φαινόμενο συνοψίζεται στα εξής:
1. Δεν έχει νόημα να ρωτάμε από ποια σχισμή περνάει το φωτόνιο εφόσον δεν βάλουμε μία συσκευή ανίχνευσης ώστε να διαπιστώσουμε από ποια σχισμή περνάει. Δεν περνάει από καμία σχισμή ή και περνάει και από τις δύο. Οι ερωτήσεις που έχουν νόημα στην επιστήμη είναι μόνο αυτές τις οποίες μπορούμε να ελέγξουμε πειραματικά.
2. Ανάλογα με το πείραμα που στήνουμε, έχουμε και την αντίστοιχη συμπεριφορά του φωτονίου. Δηλαδή το πείραμα επηρεάζει το αποτέλεσμα. Αν στήσουμε μία διάταξη ώστε να ανιχνεύσουμε από ποια σχισμή πέρασε το φωτόνιο, αλλάζει η συμπεριφορά του φωτονίου και το μοτίβο της συμβολής καταστρέφεται.
3. Δεν θα πρέπει να μας απασχολεί το γιατί το φωτόνιο συμπεριφέρεται με αυτόν το περίεργο τρόπο. Θα πρέπει να μας απασχολεί μόνο το πως συμπεριφέρεται. Το γιατί ίσως να μην το μάθουμε και ποτέ.
4. Η θεωρία μας δίνει τη δυνατότητα να υπολογίσουμε την πιθανότητα να βρούμε το φωτόνιο εδώ ή εκεί αφού βέβαια λάβουμε υπόψη την πειραματική διάταξη. Τίποτε παραπάνω. Και εφόσον αυτή η πιθανότητα συνάδει με τα πειραματικά μας αποτελέσματα, είμαστε υποχρεωμένοι να την αποδεχτούμε ακόμη και αν δεν την κατανοούμε σε βάθος.
Η άποψη της ομάδας του Aϊστάιν:
Μία αντίθετη άποψη από αυτήν της σχολής της Κοπεγχάγης εκφράστηκε από τον Αϊστάιν και τους συνεργάτες του. Η άποψη αυτή έλεγε ότι οι πιθανότητες που προκύπτουν από τις εξισώσεις της κβαντομηχανικής δεν αποτελούν μία ενδογενή ιδιότητα της φύσης αλλά οφείλονται στην έλλειψη όλων των λεπτομερειών του φαινομένου. Η άποψη του Αϊστάιν ήταν ότι το φαινόμενο της συμβολής του φωτός είναι αρκετά πιο περίπλοκο από ότι φαίνεται. Αν γνωρίζαμε όλες τις λεπτομέρειες τότε θα γνωρίζαμε όχι μόνο από ποια σχισμή περνάει κάθε φορά ένα φωτόνιο, αλλά και που ακριβώς θα πέσει στη φωτογραφική πλάκα. Στο μέλλον οι νόμοι που θα ανακαλύψουμε και θα ερμηνεύουν τα αντίστοιχα πειράματα της περίθλασης και της συμβολής δεν θα είναι πιθανοκρατικοί.
Καλησπέρα Βασίλη.
Έχεις δίκιο ότι φαινόμενα συμβολής παρατηρούμε και με σωματίδια που έχουν μάζα (πχ ηλεκτρόνια).
Αλλά είτε πρόκειται για φωτόνια, είτε για ηλεκτρόνια, τα φαινόμενα αυτά εμφανίζονται και όταν τα ρίχνουμε ένα την φορά. Οπότε πώς είναι δυνατόν, όπως γράφεις,
“..Επομένως ο κυματικός χαρακτήρας του (ενός) φωτονίου, ως κβαντική οντότητα την οποία πρακτικά δε γνωρίζουμε δεν είναι απαραίτητος…”;
Συμφωνώ με τον Άρη (γεια σου Άρη) ότι αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα ότι η φύση του φωτονίου εναλλάσσεται μεταξύ σώματος και κύματος. Το φωτόνιο είναι κάτι που την φύση του δεν κατανοούμε πλήρως, αλλά για να το περιγράψουμε χρειαζόμαστε και την κυματική περιγραφή. Αν τα κύματα αυτά τα αποκαλέσουμε κύματα …γνώσης ή πληροφορίας ή πιθανότητας, προσωπικά δεν με βοηθά στην κατανόηση περαιτέρω.
Καλησπέρα Στάθη. Όταν ο Susskind μίλαγε για “κύματα …γνώσης ή πληροφορίας ή πιθανότητας”
εννοούσε μέσω της ποσότητας |Ψ(r)|² (δεν μπόρεσα απόψε να βρω την συνέντευξή που τον άκουσα να το λέει )
Τελικά νομίζω μπορούμε, χωρίς να κάνουμε λάθος, να λέμε στα παιδιά.τα εξής :
Το φως ή τα στοιχειώδη σωμάτια είναι κάτι άλλο από το κλασικό σωματίδιο και κάτι άλλο από το κλασικό κύμα.Είναι κβαντικές οντότητες ακολουθούν κβαντομηχανικές αρχές και νόμους οι οποίοι περιγράφουν πλήρως την συμπεριφορά τους.
Εγώ επιπλέον θεωρώ ότι με βάση τα προηγούμενα είναι πιο κοντά στην αλήθεια να λέμε.
Μπορούν να εμφανίσουν σωματιδιακή ή κυματική Συμπεριφορά (όχι φύση).
Καλημέρα σε όλους.
Στάθη στα γραφόμενα: “φαινόμενα συμβολής παρατηρούμε και με σωματίδια που έχουν μάζα (πχ ηλεκτρόνια). Αλλά είτε πρόκειται για φωτόνια, είτε για ηλεκτρόνια, τα φαινόμενα αυτά εμφανίζονται και όταν τα ρίχνουμε ένα την φορά.”
Αν ρίξουμε μόνο ένα (όχι ένα τη φορά) και δούμε συμβολή, τότε αυτή η παράξενη φύση των κβαντικών οντοτήτων που τελικά φαίνεται δε γνωρίζουμε, έχει και κάτι κυματικό. Αν όχι, και η συμβολή εμφανίζεται μόνο με τη ρίψη πολλών, τότε δε φαίνεται να είναι αναγκαίος ο κυματικός χαρακτήρας, αφού καθώς δείχνει και το βίντεο και σωματίδια μπορούν να πραγματοποιήσουν συμβολή, όπως έγραψα και στο προηγούμενο σχόλιό μου.
Παρατηρήσεις: 1. Αυτά τα σωματίδια όπως έχουμε πει δεν είναι αντίστοιχα με τα κλασικά σωματίδια 2. Είμαι κάποιος που ερευνά το θέμα και όχι κάποιος που το γνωρίζει 3. Σε ευχαριστώ πολύ για τη συζήτηση
Καλημέρα Βασίλη.
Συμφωνώ επί της ουσίας σε όσα λες. Απλά εγώ δεν θα τα ονόμαζα ούτε σωματίδια, αποκλειστικά.
Επίσης δεν γνωρίζω τι ακριβώς γίνεται, η δε ευχαρίστηση είναι αμοιβαία.
Καλησπέρα Άρη, καλησπέρα συνάδελφοι.
Άρη γράφεις «…Μπορούν να εμφανίσουν σωματιδιακή ή κυματική Συμπεριφορά (όχι φύση)…». Μου αρέσει και εμένα καλύτερα αυτήν η διατύπωση.
Όλο το πρόβλημα εδράζεται στην μέτρηση, στην κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης. Στο πείραμα της διπλής σχισμής με φωτόνια, έχεις αρχικά ένα φωτόνιο που περιγράφεται από μία κυματοσυνάρτηση ψ, η οποία είναι η επαλληλία δύο διαφορετικών καταστάσεων:
ψ = (φωτόνιο στην διαδρομή 1)+(φωτόνιο στην διαδρομή 2)
Η κυματοσυνάρτηση αυτή υπακούει στην κυματική εξίσωση του Schrödinger, η εξίσωση όμως αυτήν ΔΕΝ περιγράφει την μέτρηση, και μιλάμε για την «κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης».
Δύο σενάρια:
Α. Χωρίς μέτρηση στις σχισμές, τα φωτόνια θα δώσουν φαινόμενα συμβολής στην οθόνη συλλογής (κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης στην οθόνη συλλογής). Η ερώτηση ποια διαδρομή ακολούθησε το φωτόνιο, ποια απάντηση έχει; Ότι βρέθηκε ταυτόχρονα και στις δύο σχισμές, ότι το καθένα πέρασε από μία μόνο σχισμή με πιθανότητα ½, αλλά δεν ξέρουμε ποιο φωτόνιο από ποια σχισμή; Ότι δεν έχει νόημα η ερώτηση γιατί δεν γίνεται καμία μέτρηση στις σχισμές (δεν καταρρέει εκεί η κυματοσυνάρτηση);
Β. Με μέτρηση στις σχισμές (κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης στις σχισμές), δεν παρατηρούνται φαινόμενα συμβολής και το ερώτημα έχει μονοσήμαντη απάντηση, είτε (φωτόνιο στην διαδρομή 1), είτε (φωτόνιο στην διαδρομή 2). Τώρα τα φωτόνια είναι σωματίδια με αυστηρά καθορισμένες τροχιές, ενώ πριν ήταν κάτι άλλο;
Και κάτι που συνήθως ξεχνάμε: Στο πείραμα της διπλής σχισμής, αν η απόσταση των σχισμών από την οθόνη συλλογής είναι D, η απόσταση των σχισμών μεταξύ τους d<<D και το μήκος κύματος λ, τότε η απόσταση των κροσσών ενίσχυσης ισούται με s=(D/d)λ. Για να παρατηρήσουμε φαινόμενα συμβολής πρέπει το μήκος κύματος λ των φωτονίων (ή το μήκος κύματος de Broglie αν πρόκειται για ηλεκτρόνια) να είναι συγκρίσιμο με (ή τουλάχιστον όχι πολύ μικρότερο από), την απόσταση d των δύο σχισμών, των οποίων το εύρος να είναι πολύ μικρότερο του μήκους κύματος! Τώρα ποιο κύμα δεν γίνεται…
Αν το κύμα αυτό είναι κύμα γνώσης ή πληροφορίας, τότε το ηλεκτρόνιο μας συστήνετε ως τέτοιο κύμα για κάποιους συνδυασμούς τιμών λ (de Broglie), D και d και ως σωματίδιο για κάποιους άλλους συνδυασμούς;
Τελικά … “Something unknown is doing we don’t know what”
Arthur Eddington
by 
Γεια σου Στάθη.
Ούτε εγώ έχω πλήρη απάντηση αλλά μια και πρόκειται για πιθανότητες ισχύει και όταν πέφτουν ένα – ένα. Θα κάτσουν εκεί που η πυκνότητα πιθανότητας είναι μεγάλη.
Και αυτή είναι μεγάλη στις θέσεις ενισχυτικής συμβολής.
Παλιότερα έγραψα ένα απλουστευτικό κείμενο για:
Τα φωτόνια και τα κύματα πιθανότητας.
Γιάννη γράφεις,
“μια και πρόκειται για πιθανότητες ισχύει και όταν πέφτουν ένα – ένα”
Σωστά, αλλά δεν είναι ίδιας μορφής πιθανότητα σαν ρίχνουμε ένα κέρμα. Το κέρμα, ένα την φορά, θα είναι ή κορώνα ή γράμματα. Και στα πολλά κέρματα η πιθανότητες θα είναι 50-50.
Στα φωτόνια δεν ισχύει το ή σχισμή 1 ή σχισμή 2, όταν τα ρίχνουμε ένα την φορά. Μαθηματικά μιλάμε για επαλληλία καταστάσεων 1 και 2 για να βγούν τα νούμερα. Δεν μπρούμε να αγνοήσουμε τον κυματικό χαρακτήρα στα των φωτονίων “αβρόχοις ποσίν”. Θέλω να πω δεν αναδύεται αυτός ο χαρακτήρας όπως στα πουλιά, από το σμήνος…
Στάθη όντως η πρόσθεση αυτή των πιθανοτήτων (ως κύματα ή ως μιγαδικοί) είναι κάτι εξόχως περίεργο. Δεν συλλαμβάνω το γιατί.
Πως αντιλαμβάνεσαι αυτόν τον κυματικό χαρακτήρα, που θα συμφωνήσω πως δεν πρέπει να προσπερνάμε “αβρόχοις ποσίν’;
Το “σμήνος των πουλιών” είναι μάλλον μια λογοτεχνική αναφορά του Θρασύβουλου.
Μια μεταφορά και όχι ένα παράδειγμα.
Γιάννη δεν τον αντιλαμβάνομαι τον κυματικό χαρακτήρα (ειδικά τα κύματα …πιθανότητας), αλλά ούτε και τον σωματιδιακό. Για παράδειγμα (όπως σωστά γράφεις και στην ανάρτησή σου), πώς να εξηγήσεις την σταθερότητα των τροχιών στο άτομο του Η, εκλαμβάνοντας τα ηλεκτρόνια μόνον ως σωματίδια;
Το μόνο που καταλαβαίνω είναι το τετριμμένο και χιλιοειπωμένο, δηλαδή ότι ως περιγραφές είναι απαραίτητες και οι δύο. Τα ίδια τα κβαντικά σωματίδια είναι κάτι που η φύση του μας διαφεύγει (σε αυτό συμφωνώ με τον Θρασύβουλο, ας μου επιτραπεί ο ενικός αν και δεν τον γνωρίζω).
Όπως και να έχει θεωρώ πως η απλή σχέση του de Broglie, p=h/λ, έχει απίστευτο βάθος πίσω της.
Από τον Στέφανο Τραχανά:
Καταλήγει ότι με την ερμηνεία αυτήν η αντίφαση κύμα – σωματίδιο εξαφανίζεται.
Σε πολλά σημεία των μαθημάτων εξηγεί τη σταθερότητα που ανέφερες ως αποτέλεσμα της κβάντωσης,
Γιάννη και Στάθη και Βασίλη, δυο λόγια για το που έχω «καταλήξει», προσπαθώντας να προσεγγίσω την έννοια.
Μια ισορροπημένη προσέγγιση αναγνωρίζει ότι η «δυαδικότητα» είναι μια ιστορική και εργαλειακή-επικουρική έννοια, που προέκυψε ιστορικά από την αρχή της συμπληρωματικότητας (τέκνο του Bohr) ενώ η σύγχρονη κβαντομηχανική παρέχει μια πιο ολοκληρωμένη και ενοποιημένη περιγραφή του φωτός ως φωτονίων που παρουσιάζουν συμπεριφορές που διέπονται μόνο από κβαντικές αρχές.
Τα φωτόνια είναι θεμελιώδη σωματίδια που περιγράφονται από την κβαντική θεωρία πεδίου, η οποία παρέχει μια ενοποιημένη περιγραφή της σωματιδιακής και κυματικής συμπεριφοράς τους.
Η κυματοσυνάρτηση, η οποία περιγράφει τις πιθανότητες εύρεσης φωτονίων, παρουσιάζει κυματοειδείς ιδιότητες, αλλά αυτό δεν ισοδυναμεί με το να λέμε ότι το ίδιο το φως εναλλάσσεται μεταξύ κύματος και σωματιδίου.
Leonard Susskind (από τους μεγαλύτερους θεωρητικούς φυσικούς εν ζωή): Η κυματοσυνάρτηση είναι καθαρά μαθηματική οντότητα και όχι φυσικό κύμα με ενέργεια και ορμή κατανεμημένο στο χώρο. Είναι Κύμα πληροφορίας, Κύμα γνώσης.
Η ποσότητα |Ψ(r)|² μας δίνει την πυκνότητα πιθανότητας να βρεθεί ένα σωματίδιο που περιγράφεται από τη κυματοσυνάρτηση αυτή μέσα σε ένα στοιχειώδες όγκο d³r γύρω από τη θέση r.
Καλημέρα σε όλους
Αρχικά να τονίσω ότι είναι ένα τόσο δύσκολο θέμα, δεν είμαι ειδικός, οπότε ζητώ εκ των προτέρων συγγνώμη για τα λάθη που θα κάνω.
Στάθη λες:
στο πείραμα της διπλής σχισμής, φαινόμενα συμβολής έχουμε ακόμη όταν ρίχνουμε τα φωτόνια ένα την φορά, με όσο μεγάλη χρονική απόσταση μεταξύ τους, θέλουμε. Δηλαδή ρίχνουμε το πρώτο, περνά τις σχισμές και αφήνει το αποτύπωμά του στην οθόνη συλλογής. Μόνον τότε ρίχνουμε το δεύτερο και ούτω καθεξής. Μετά από πολλές ρίψεις, θα εμφανιστούν κροσσοί ενίσχυσης και απόσβεσης. Συνεπώς ο κυματικός χαρακτήρας αναδύεται και με ένα φωτόνιο (και με οποιαδήποτε άλλο κβαντικό σωματίδιο) την φορά.
Στο βίντεο που παραθέτω, το οποίο έχει δοθεί ακριβώς εδώ στο υλικό, εγώ καταλαβαίνω ότι και τα σωματίδια μπορούν να έχουν συμβολή. (αρκούν τα πρώτα πέντε λεπτά να δει κάποιος).
Ακριβέστερα:
και τα σωματίδια και τα κύματα μπορούν να έχουν:
-ευθύγραμμη διάδοση
-συμβολή
πίσω από τις σχισμές, ανάλογα με την ενέργειά τους και το πλάτος της σχισμής.
Επομένως ο κυματικός χαρακτήρας του (ενός) φωτονίου, ως κβαντική οντότητα την οποία πρακτικά δε γνωρίζουμε δεν είναι απαραίτητος.
Να είστε όλοι καλά
https://www.youtube.com/watch?v=iVpXrbZ4bnU
Το πιο περίεργο πείραμα της φυσικής
Το φαινόμενο της περίθλασης όπως και το φαινόμενο της συμβολής είναι δύο χαρακτηριστικά φαινόμενα των κυμάτων. Το πρώτο φαινόμενο συμβαίνει όταν ένα κύμα πέσει σε ένα εμπόδιο ή μία σχισμή που είναι της τάξεως ή και μικρότερη του μήκους κύματος. Τότε το κύμα παύει να διαδίδεται ευθύγραμμα. Σπάει λίγο, δηλαδή περιθλάται. Να σημειώσουμε ότι η λέξη «θλάση» περιγράφει σπάσιμο σε μικρή γωνία. Συμβολή έχουμε όταν το φως ή ένα κύμα γενικότερα περάσει από δύο σχισμές. Τότε δημιουργούνται οι λεγόμενοι κροσσοί συμβολής. Τότε για το φως έχουμε εναλλαγές φωτός και σκότους. Αυτό το φαινόμενο φανερώνει το διανυσματικό χαρακτήρα του φωτός που άλλοτε τα διανύσματα είναι ομόρροπα και προστίθενται, οπότε φως+φως = περισσότερο φως (ενισχυτική συμβολή) και άλλοτε είναι αντίρροπα, οπότε αφαιρούνται και τότε φως+φως = σκοτάδι (αποσβεστική συμβολή).
Αν μία δέσμη φωτός Laser περάσει από μία λεπτή σχισμή έχουμε περίθλαση. Το φως απλώνεται δεξιά και αριστερά όπως στην εικόνα 1. Αν περάσει από δύο σχισμές τη μία δίπλα στην άλλη, τότε συμβαίνει το φαινόμενο της συμβολής και δημιουργούνται κροσσοί ενίσχυσης και απόσβεσης όπως φαίνεται στην εικόνα 2. Τότε δηλαδή εναλλάσσεται το φως με το σκοτάδι. Κατά τη κβαντική θεωρία το φως αποτελείται από κβαντικές οντότητες «σωματίδια» που λέγονται φωτόνια.
Έστω ότι κάνουμε το πείραμα της διπλής σχισμής αλλά μειώνουμε σταδιακά την ένταση του φωτός φθάνοντας στο σημείο να ρίχνουμε κάθε φορά ένα φωτόνιο τη μικρότερη ποσότητα του φωτός που μπορεί να υπάρχει στη φύση. Απέναντί από τη διπλή σχισμή έστω ότι έχουμε μία φωτογραφική πλάκα. Τότε κάθε φορά που ρίχνουμε το φωτόνιο, θα εμφανίζεται και μία κουκίδα σε κάποια «τυχαία» θέση της φωτογραφικής πλάκας. Όχι ακριβώς τυχαία, αφού μετά από πάρα πολλές ρίψεις θα εμφανιστεί το μοτίβο της εικόνας 2. Θα εμφανιστούν δηλαδή κροσσοί ενίσχυσης και απόσβεσης.
Τώρα κλείνουμε την μία από τις δύο σχισμές και επαναλαμβάνουμε το πείραμα. Τότε μετά από πολλές ρίψεις θα εμφανιστεί το μοτίβο της εικόνας 1 !!! Δεν υπάρχει πιο περίεργο πείραμα στην ιστορία της φυσικής. Και αυτό γιατί ενώ κλείσαμε ένα από τα δύο μονοπάτια που είχε στη διάθεσή του το φωτόνιο για να πάει από τη πηγή στην φωτογραφική πλάκα, το φωτόνιο φθάνει τώρα σε σημεία που δεν έφθανε ποτέ όταν και τα δύο μονοπάτια-σχισμές ήταν διαθέσιμα.
Όταν και οι δύο σχισμές είναι ανοικτές τότε υπάρχουν σημεία της πλάκας που παραμένουν εσαεί σκοτεινά γιατί σ’ αυτά τα σημεία το φωτόνιο δεν φθάνει ποτέ. Όταν κλείσουμε τη μία από τις δύο σχισμές, τότε τα σκοτεινά σημεία φωτίζονται!! Και τα ερωτήματα που προκύπτουν είναι:
1. Πως ξέρει το φωτόνιο κάθε φορά αν κάποια σχισμή από τις δύο είναι κλειστή έτσι ώστε να συμπεριφερθεί ανάλογα και στην περίπτωση που και δύο σχισμές είναι ανοικτές να μην πέφτει ποτέ σε ορισμένα σημεία της πλάκας;
2. Στα κύματα δημιουργείται η συμβολή αφού τα κύματα περνάνε και από τις δύο σχισμές και συμβάλουν. Πως δημιουργείται το μοτίβο της συμβολής στην περίπτωση που ρίχνουμε ένα ένα τα φωτόνια; Με τι συμβάλλει τότε το κάθε φωτόνιο; Με τον εαυτό του; Και αν συμβάλλει με τον εαυτό του αυτό σημαίνει ότι κάθε φορά περνάει και από τις δύο σχισμές χωριζόμενο στα δύο και στη συνέχεια λίγο πριν πέσει στην φωτογραφική πλάκα ξαναενώνεται;
3. Αν δεν χωρίζεται στα δύο από ποια σχισμή περνάει το φωτόνιο; Και κάτι πιο τραγικό. Γιατί όταν στήνουμε μία επιπλέον διάταξη που ανιχνεύει από ποια σχισμή περνάει το φωτόνιο τότε το μοτίβο της συμβολής καταστρέφεται;
Η άποψη της σχολής της Κοπεγχάγης για το περίεργο αυτό φαινόμενο συνοψίζεται στα εξής:
1. Δεν έχει νόημα να ρωτάμε από ποια σχισμή περνάει το φωτόνιο εφόσον δεν βάλουμε μία συσκευή ανίχνευσης ώστε να διαπιστώσουμε από ποια σχισμή περνάει. Δεν περνάει από καμία σχισμή ή και περνάει και από τις δύο. Οι ερωτήσεις που έχουν νόημα στην επιστήμη είναι μόνο αυτές τις οποίες μπορούμε να ελέγξουμε πειραματικά.
2. Ανάλογα με το πείραμα που στήνουμε, έχουμε και την αντίστοιχη συμπεριφορά του φωτονίου. Δηλαδή το πείραμα επηρεάζει το αποτέλεσμα. Αν στήσουμε μία διάταξη ώστε να ανιχνεύσουμε από ποια σχισμή πέρασε το φωτόνιο, αλλάζει η συμπεριφορά του φωτονίου και το μοτίβο της συμβολής καταστρέφεται.
3. Δεν θα πρέπει να μας απασχολεί το γιατί το φωτόνιο συμπεριφέρεται με αυτόν το περίεργο τρόπο. Θα πρέπει να μας απασχολεί μόνο το πως συμπεριφέρεται. Το γιατί ίσως να μην το μάθουμε και ποτέ.
4. Η θεωρία μας δίνει τη δυνατότητα να υπολογίσουμε την πιθανότητα να βρούμε το φωτόνιο εδώ ή εκεί αφού βέβαια λάβουμε υπόψη την πειραματική διάταξη. Τίποτε παραπάνω. Και εφόσον αυτή η πιθανότητα συνάδει με τα πειραματικά μας αποτελέσματα, είμαστε υποχρεωμένοι να την αποδεχτούμε ακόμη και αν δεν την κατανοούμε σε βάθος.
Η άποψη της ομάδας του Aϊστάιν:
Μία αντίθετη άποψη από αυτήν της σχολής της Κοπεγχάγης εκφράστηκε από τον Αϊστάιν και τους συνεργάτες του. Η άποψη αυτή έλεγε ότι οι πιθανότητες που προκύπτουν από τις εξισώσεις της κβαντομηχανικής δεν αποτελούν μία ενδογενή ιδιότητα της φύσης αλλά οφείλονται στην έλλειψη όλων των λεπτομερειών του φαινομένου. Η άποψη του Αϊστάιν ήταν ότι το φαινόμενο της συμβολής του φωτός είναι αρκετά πιο περίπλοκο από ότι φαίνεται. Αν γνωρίζαμε όλες τις λεπτομέρειες τότε θα γνωρίζαμε όχι μόνο από ποια σχισμή περνάει κάθε φορά ένα φωτόνιο, αλλά και που ακριβώς θα πέσει στη φωτογραφική πλάκα. Στο μέλλον οι νόμοι που θα ανακαλύψουμε και θα ερμηνεύουν τα αντίστοιχα πειράματα της περίθλασης και της συμβολής δεν θα είναι πιθανοκρατικοί.
Καλησπέρα Βασίλη.
Έχεις δίκιο ότι φαινόμενα συμβολής παρατηρούμε και με σωματίδια που έχουν μάζα (πχ ηλεκτρόνια).
Αλλά είτε πρόκειται για φωτόνια, είτε για ηλεκτρόνια, τα φαινόμενα αυτά εμφανίζονται και όταν τα ρίχνουμε ένα την φορά. Οπότε πώς είναι δυνατόν, όπως γράφεις,
“..Επομένως ο κυματικός χαρακτήρας του (ενός) φωτονίου, ως κβαντική οντότητα την οποία πρακτικά δε γνωρίζουμε δεν είναι απαραίτητος…”;
Συμφωνώ με τον Άρη (γεια σου Άρη) ότι αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα ότι η φύση του φωτονίου εναλλάσσεται μεταξύ σώματος και κύματος. Το φωτόνιο είναι κάτι που την φύση του δεν κατανοούμε πλήρως, αλλά για να το περιγράψουμε χρειαζόμαστε και την κυματική περιγραφή. Αν τα κύματα αυτά τα αποκαλέσουμε κύματα …γνώσης ή πληροφορίας ή πιθανότητας, προσωπικά δεν με βοηθά στην κατανόηση περαιτέρω.
Καλησπέρα Στάθη.
Όταν ο Susskind μίλαγε για “κύματα …γνώσης ή πληροφορίας ή πιθανότητας”
εννοούσε μέσω της ποσότητας |Ψ(r)|² (δεν μπόρεσα απόψε να βρω την συνέντευξή που τον άκουσα να το λέει )
Τελικά νομίζω μπορούμε, χωρίς να κάνουμε λάθος, να λέμε στα παιδιά.τα εξής :
Το φως ή τα στοιχειώδη σωμάτια είναι κάτι άλλο από το κλασικό σωματίδιο και κάτι άλλο από το κλασικό κύμα.Είναι κβαντικές οντότητες ακολουθούν κβαντομηχανικές αρχές και νόμους οι οποίοι περιγράφουν πλήρως την συμπεριφορά τους.
Εγώ επιπλέον θεωρώ ότι με βάση τα προηγούμενα είναι πιο κοντά στην αλήθεια να λέμε.
Μπορούν να εμφανίσουν σωματιδιακή ή κυματική Συμπεριφορά (όχι φύση).
Καλημέρα σε όλους.
Στάθη στα γραφόμενα:
“φαινόμενα συμβολής παρατηρούμε και με σωματίδια που έχουν μάζα (πχ ηλεκτρόνια).
Αλλά είτε πρόκειται για φωτόνια, είτε για ηλεκτρόνια, τα φαινόμενα αυτά εμφανίζονται και όταν τα ρίχνουμε ένα την φορά.”
Αν ρίξουμε μόνο ένα (όχι ένα τη φορά) και δούμε συμβολή, τότε αυτή η παράξενη φύση των κβαντικών οντοτήτων που τελικά φαίνεται δε γνωρίζουμε, έχει και κάτι κυματικό.
Αν όχι, και η συμβολή εμφανίζεται μόνο με τη ρίψη πολλών, τότε δε φαίνεται να είναι αναγκαίος ο κυματικός χαρακτήρας, αφού καθώς δείχνει και το βίντεο και σωματίδια μπορούν να πραγματοποιήσουν συμβολή, όπως έγραψα και στο προηγούμενο σχόλιό μου.
Παρατηρήσεις:
1. Αυτά τα σωματίδια όπως έχουμε πει δεν είναι αντίστοιχα με τα κλασικά σωματίδια
2. Είμαι κάποιος που ερευνά το θέμα και όχι κάποιος που το γνωρίζει
3. Σε ευχαριστώ πολύ για τη συζήτηση
Καλημέρα Βασίλη.
Συμφωνώ επί της ουσίας σε όσα λες. Απλά εγώ δεν θα τα ονόμαζα ούτε σωματίδια, αποκλειστικά.
Επίσης δεν γνωρίζω τι ακριβώς γίνεται, η δε ευχαρίστηση είναι αμοιβαία.
Καλησπέρα Άρη, καλησπέρα συνάδελφοι.
Άρη γράφεις «…Μπορούν να εμφανίσουν σωματιδιακή ή κυματική Συμπεριφορά (όχι φύση)…». Μου αρέσει και εμένα καλύτερα αυτήν η διατύπωση.
Όλο το πρόβλημα εδράζεται στην μέτρηση, στην κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης. Στο πείραμα της διπλής σχισμής με φωτόνια, έχεις αρχικά ένα φωτόνιο που περιγράφεται από μία κυματοσυνάρτηση ψ, η οποία είναι η επαλληλία δύο διαφορετικών καταστάσεων:
ψ = (φωτόνιο στην διαδρομή 1)+(φωτόνιο στην διαδρομή 2)
Η κυματοσυνάρτηση αυτή υπακούει στην κυματική εξίσωση του Schrödinger, η εξίσωση όμως αυτήν ΔΕΝ περιγράφει την μέτρηση, και μιλάμε για την «κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης».
Δύο σενάρια:
Α. Χωρίς μέτρηση στις σχισμές, τα φωτόνια θα δώσουν φαινόμενα συμβολής στην οθόνη συλλογής (κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης στην οθόνη συλλογής). Η ερώτηση ποια διαδρομή ακολούθησε το φωτόνιο, ποια απάντηση έχει; Ότι βρέθηκε ταυτόχρονα και στις δύο σχισμές, ότι το καθένα πέρασε από μία μόνο σχισμή με πιθανότητα ½, αλλά δεν ξέρουμε ποιο φωτόνιο από ποια σχισμή; Ότι δεν έχει νόημα η ερώτηση γιατί δεν γίνεται καμία μέτρηση στις σχισμές (δεν καταρρέει εκεί η κυματοσυνάρτηση);
Β. Με μέτρηση στις σχισμές (κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης στις σχισμές), δεν παρατηρούνται φαινόμενα συμβολής και το ερώτημα έχει μονοσήμαντη απάντηση, είτε (φωτόνιο στην διαδρομή 1), είτε (φωτόνιο στην διαδρομή 2). Τώρα τα φωτόνια είναι σωματίδια με αυστηρά καθορισμένες τροχιές, ενώ πριν ήταν κάτι άλλο;
Και κάτι που συνήθως ξεχνάμε: Στο πείραμα της διπλής σχισμής, αν η απόσταση των σχισμών από την οθόνη συλλογής είναι D, η απόσταση των σχισμών μεταξύ τους d<<D και το μήκος κύματος λ, τότε η απόσταση των κροσσών ενίσχυσης ισούται με s=(D/d)λ. Για να παρατηρήσουμε φαινόμενα συμβολής πρέπει το μήκος κύματος λ των φωτονίων (ή το μήκος κύματος de Broglie αν πρόκειται για ηλεκτρόνια) να είναι συγκρίσιμο με (ή τουλάχιστον όχι πολύ μικρότερο από), την απόσταση d των δύο σχισμών, των οποίων το εύρος να είναι πολύ μικρότερο του μήκους κύματος! Τώρα ποιο κύμα δεν γίνεται…
Αν το κύμα αυτό είναι κύμα γνώσης ή πληροφορίας, τότε το ηλεκτρόνιο μας συστήνετε ως τέτοιο κύμα για κάποιους συνδυασμούς τιμών λ (de Broglie), D και d και ως σωματίδιο για κάποιους άλλους συνδυασμούς;
Τελικά … “Something unknown is doing we don’t know what”
Arthur Eddington