Το Πείραμα Των Δύο Σχισμών (Κβαντική Φυσική)

Το Πείραμα Των Δύο Σχισμών (Κβαντική Φυσική)



Η Κβαντική Μηχανική (ή Κβαντική Φυσική ή Κβαντομηχανική), είναι αξιωματικά θεμελιωμένη φυσική θεωρία, που αναπτύχθηκε με σκοπό την ερμηνεία φαινομένων που η Νευτώνεια μηχανική αδυνατούσε να περιγράψει. Η κβαντομηχανική περιγράφει τη συμπεριφορά της ύλης στο μοριακό, ατομικό και υποατομικό επίπεδο. Ο όρος κβάντο (quantum, μικρή ποσότητα - προέρχεται από τη λέξη quantus που στα Λατινικά σημαίνει πόσο) αναφέρεται σε διακριτές μονάδες που χαρακτηρίζουν συγκεκριμένες φυσικές ποσότητες, όπως η ενέργεια ενός ατόμου ύλης σε κατάσταση ηρεμίας.












Το πείραμα των δύο σχισμών (γνωστό και ως πείραμα του Thomas Young*) είναι μια επίδειξη πως τα σωματίδια, είτε ύλης (πχ. ηλεκτρόνια) είτε ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (φωτόνια), εκδηλώνουν και σωματιδιακή και κυματική συμπεριφορά. Στο πείραμα αυτό, κατά το οποίο τα σωματίδια αναγκάζονται να περάσουν μέσα από μια διάταξη με δύο λεπτές παράλληλες σχισμές που είναι πολύ κοντά η μία στην άλλη, παίζει ένα σημαντικό ρόλο ο ίδιος ο παρατηρητής. Στην προσπάθειά του να παρατηρήσει από ποια σχισμή περνά το κάθε σωματίδιο, αλλοιώνει τη συμπεριφορά που κανονικά εμφανίζουν τα σωματίδια όταν αυτός δεν τα παρατηρεί.






Το πείραμα έχει διχάσει την επιστημονική κοινότητα για το τι ακριβώς συμβαίνει εκεί που το σωματίδιο διέρχεται από τη διάταξη των δύο σχισμών και οι εξηγήσεις που έχει επιχειρηθεί να δοθούν ξεπερνούν, όλες, τα όρια της μέσης ανθρώπινης λογικής. Για τον λόγο αυτό το στάνταρ μοντέλο της κβαντικής μηχανικής έχει τη θέση πως δεν οφείλει κανείς να εξηγήσει τι ακριβώς συμβαίνει στο επίμαχο μέρος της πειραματικής διάταξης και πως πρέπει να δεχόμαστε πως απλά συμβαίνει σύμφωνα με τον μαθηματικό φορμαλισμό που περιγράφει με επιτυχία το σύστημα.


Υπάρχουν αρκετοί που
προσπάθησαν να εξηγήσουν τι συμβαίνει στο χώρο κοντά στο σύστημα της διπλής σχισμής καθώς διέρχεται από αυτό το σωματίδιο. Οι επιστημονικές θεωρίες έχουν το σημαντικό χαρακτηριστικό ότι δεν κάνουν αχρείαστες υποθέσεις. Εδώ συμβαίνει ακριβώς το αντίθετο, με «ανήκουστες» προτάσεις προκειμένου να δοθεί εξήγηση:
Χωρισμός του ηλεκτρονίου στα δύο: Φτάνοντας το ηλεκτρόνιο στη διπλή σχισμή χωρίζει στα δύο, το ένα μέρος περνά από τη μία σχισμή και το άλλο από την άλλη, συμβάλλουν, και βγαίνοντας από το σύστημα των σχισμών ενώνονται και πάλι σε ένα, το οποίο πέφτει στην οθόνη καταγραφής και ανιχνεύεται ως ένα σωματίδιο. Το «ανήκουστο» εδώ είναι πως το ηλεκτρόνιο διαιρείται, πράγμα που δεν είναι παρατηρήσιμο γενικά.
Επίδραση της συνείδησης: Τα πάντα περιγράφονται κυματικά και όλα τα πράγματα βρίσκονται σε επαλληλία καταστάσεων που ισχύουν όλες ταυτόχρονα, μέχρι να γίνει «μέτρηση» από κάποιον συνειδητό παρατηρητή. Εκεί η κυματική συνάρτηση καταρρέει και λύνεται, τυχαία, δίνοντας μια από τις εκδοχές της ως το πραγματικό αποτέλεσμα. Στην εκδοχή αυτή το «ανήκουστο» είναι πως πριν την παρατήρηση δεν υπάρχει τίποτα πραγματικό και πως το συνειδητό ον που κάνει την παρατήρηση είναι αυτό που προκαλεί να συμβαίνουν τα πράγματα επειδή τα παρατηρεί, ενώ δεν υφίσταται «πραγματική κατάσταση» πριν την παρατήρηση.
Διακλαδιζόμενο σύμπαν: Θεωρείται πως υπάρχουν και δημιουργούνται συνεχώς παράλληλα σύμπαντα, τα οποία διακλαδίζουν στα σημεία που τέτοια φαινόμενα παρουσιάζονται. Στην περίπτωση του ηλεκτρονίου, το ηλεκτρόνιο στο δικό μας σύμπαν μας περνά έστω από αριστερά, ενώ σε ένα ολόιδιο σύμπαν που εφάπτεται με το δικό μας περνά από δεξιά. Τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν όσο τα σύμπαντα εφάπτονται και αμέσως μόλις τα σύμπαντα χωρίζουν χάνεται κάθε δυνατότητα επίγνωσης, από το ένα σύμπαν, του τι συμβαίνει πια στο άλλο. Το «ανήκουστο» της πρότασης είναι πως για κάθε περίπτωση αποτελέσματος μιας κβαντικής μέτρησης οφείλει να δημιουργείται, ολόκληρο, από ένα σύμπαν.
Κύμα - οδηγός: Τα σωματίδια πάντα συνοδεύονται από ένα κύμα - οδηγό και δεν γίνεται διαχωρισμός του κύματος από το σωματίδιο. Το κύμα περιγράφεται από την ίδια κυματοσυνάρτηση που εξηγεί το φαινόμενο αλλά δεν καταρρέει ποτέ, με αποτέλεσμα να χρειάζεται μόνο ένας χώρος και χρόνος για την εξήγηση. Η δυσκολία εδώ είναι στην αποδοχή της φύσης και της ύπαρξης του κύματος - οδηγού, το οποίο δεν γίνεται με άλλο τρόπο αντιληπτό, δεν φαίνεται να ανταλλάσσει ενέργεια δηλαδή ή πληροφορία με κάποιον τρόπο με το περιβάλλον.

Όλες αυτές οι προσεγγίσεις, καθώς και αρκετές άλλες που έχουν προταθεί, έχουν απίθανες παραδοχές. Ενώ οι επιστήμονες και οι σχολές που εκπροσωπούν υποστηρίζουν διαφορετικές θεωρίες, με διαφορετικά αδύναμα σημεία παραδοχών σε κάθε μία από αυτές, η επίσημη θέση της Κβαντικής Μηχανικής δίνεται από τη «στάνταρ» εκδοχή: Απλώς δεν υπάρχει εξήγηση και δεν υπάρχει λόγος να διερευνάται το τι ακριβώς συμβαίνει εκεί. Αρκεί ο τρόπος που περιγράφεται το σύστημα από τις κυματοσυναρτήσεις και την επίλυσή τους και δεν έχουμε λόγο να ερευνούμε το πώς και γιατί συμβαίνουν τα πράγματα όπως συμβαίνουν.















* [Ο Thomas Young γεννήθηκε το 1773 στο Somerset της Αγγλιάς και πέθανε σε ηλικά 55 ετών . Διδάχτηκε 13 γλώσσες πλήν της μητρικής του, μεταξύ αυτών ελληνικά, λατινικά, γαλλικά, γερμανικά, αραβικά, περσικά, αραμαϊκά κ.ά. Ασχολήθηκε με την επιστήμη της Φυσικής, την Φυσιολογία (Βιολογία) και την Αιγυπτιολογία καθώς πραγματοποίησε αξιοσημείωτες συμβολές στην μουσική αρμονία, στην φυσική, στην γλώσσα και στην ιατρική].