Fizyka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
 Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Fizyka > Wielkie wykłady - Boska cząstka 
  Indeks
Wielkie wykłady
Dramatis personae
Niewidoczna piłka
nożna

Pierwszy fizyk cząstek
Interludium A:
Opowieść o dwóch
miastach

Poszukiwania atomu:
mechanicy

Dalsze poszukiwania
atomu: chemicy
i elektrycy

Nagi atom
Gdy tęcza już
nie wystarcza

Dowód rzeczowy
nr 1: katastrofa
w ultrafiolecie

Dowód rzeczowy
nr 2: zjawisko
fotoelektryczne

Dowód rzeczowy
nr 3: kto lubi
ciasto z rodzynkami?

Zmagania
Bohr: na skrzydłach
motyla

Dwie minuty dla
energii

No więc?
Uchylenie rąbka
tajemnicy

Człowiek, który
nie znał się
na bateriach

Fale materii
i dama w willi

Fala
prawdopodobieństwa

Co to znaczy, czyli
fizyka kroju i szycia

Niespodzianka
na górskim szczycie

Nieoznaczoność
i inne rzeczy

Utrapienie z podwójną
szczeliną

Newton kontra
Schrödinger

Trzy rzeczy, które
trzeba zapamiętać
o mechanice
kwanowej

Interludium B:
Tańczący mistrzowie
wiedzy tajemnej

Akceleratory: one
rozkwaszają atomy,
nieprawdaż?

Interludium C:
Jak w ciągu weekendu
złamaliśmy parzystość
i odkryliśmy Boga

A–tom!
I wreszcie boska
cząstka

Mikroprzestrzeń,
makroprzestrzeń
i czas przed
początkiem czasu

  Źródło
Leon Lederman,
Dick Teresi

BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?

Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz


  Uchylenie rąbka tajemnicy
 
Uchylenie rąbka tajemnicy
 
Ł
atana teoria zapoczątkowana przez Nielsa Bohra w  1912 roku napotykała coraz większe trudności, gdy pewien francuski doktorant odkrył bardzo istotny trop. Trop ów wyłonił się z  nietypowego źródła – napuszonej prozy dysertacji doktorskiej – i  w  ciągu trzech bogatych w  wydarzenia lat doprowadził do wypracowania zupełnie nowej wizji mikroświata. Autorem rozprawy był młody arystokrata, książę Louis Victor de Broglie, w  pocie czoła pracujący nad doktoratem. Zainspirował go artykuł Einsteina, który w  roku 1909 snuł rozważania nad znaczeniem kwantowej teorii światła. Jak to możliwe, by światło zachowywało się jak rój porcji energii – to znaczy jak cząstki – a  jednocześnie wykazywało wszystkie cechy charakterystyczne dla fal, takie jak interferencja, dyfrakcja oraz inne własności, których warunkiem jest istnienie fali o  określonej długości.
       De Broglie pomyślał, że ten dziwny, podwójny charakter światła może stanowić fundamentalną własność przyrody i  że można by ją także wykorzystać przy wyjaśnianiu zachowania ciał materialnych takich jak elektron. W  swej teorii zjawiska fotoelektrycznego Einstein, idąc śladem Plancka, przypisał kwantowi światła określoną energię, pozostającą w  ścisłym związku z  jego długością fali czy częstotliwością. Teraz de Broglie przywołał nową symetrię: jeśli fale mogą być cząstkami, to cząstki (elektrony) mogą być falami. Obmyślił sposób pozwalajacy na przypisanie elektronowi długości fali zwązanej z  jego energią. Jego koncepcja z  miejsca okazała się skuteczna w  odniesieniu do atomu wodoru: pozwoliła wyjaśnić sformułowaną ad hoc tajemniczą regułę Bohra, według której dozwolone są tylko pewne promienie orbit. Teraz to jest zupełnie oczywiste. Czy tak? No jasne! Jeśli elektron na bohrowskiej orbicie potraktujemy jako falę o  długości maciupeńkiej części centymetra, to dozwolone będą tylko te orbity, których obwód stanowi całkowitą wielokrotność tej długości fali. Żeby to sobie lepiej wyobrazić, przeprowadźmy proste doświadczenie. Przynieś, drogi Czytelniku, trochę monet: złotówkę i  garść grosików. Połóż na stole złotówkę (jądro), a  wokół niej ułóż kilka grosików (orbita elektronu). Stwierdzisz, że potrzebujesz osiem groszy na zrobienie najmniejszej orbity. W  ten sposób masz także jednoznacznie określony promień tej orbity. Jeśli chcesz użyć dziewięć groszy, musisz ułożyć większy okrąg, ale nie jakikolwiek większy okrąg: istnieje tylko jedna odpowiednia wielkość promienia. Na okręgach o  większym promieniu zmieści się większa liczba groszy – dziesięć, jedenaście albo jeszcze więcej. Ten prosty przykład pokazuje, że jeśli ograniczymy się do całych groszy – całkowitych długości fali – to dozwolone są tylko pewne określone wartości promienia. Aby utworzyć inne okręgi, trzeba by układać monety na zakładkę, lecz jeśli mają one reprezentować długość fali, to fala taka nie zamknęłaby się na orbicie. Istota pomysłu de Broglie'a  polegała na tym, by przypisać elektronowi długość fali, która jednoznacznie określi wielkość dozwolonego promienia.
       W  swej dysertacji de Broglie zastanawiał się, czy elektron mógłby wykazywać również inne własności falowe, takie jak interferencja i  dyfrakcja. Jego paryscy promotorzy, choć byli pod wielkim wrażeniem wirtuozerii młodego księcia, czuli się nieco zakłopotani proponowaną przez niego koncepcją fal-cząstek. Jeden z  egzaminatorów, poszukując niezależnej opinii kogoś z  zewnątrz, wysłał kopię pracy de Broglie'a  do Einsteina, który odpowiedział następującym komplementem: „On uchylił rąbka wielkiej tajemnicy”. Praca doktorska de Broglie'a  została przyjęta w  roku 1924 i  niedługo potem przyniosła mu Nagrodę Nobla (co czyni go pierwszym i, jak dotąd, ostatnim fizykiem, któremu przyznano tę nagrodę za rozprawę doktorską). Jednak głównym zwycięzcą był Erwin Schrödinger, który pierwszy dostrzegł prawdziwe możliwości ukryte w  pracy de Broglie'a.
       Nadeszła pora na interesujące pas de deux teorii i  eksperymentu. Pomysł de Broglie'a  nie miał żadnego wsparcia doświadczalnego. Fala elektronu? Co to znaczy? Przełom nastąpił w  roku 1927 w  stanie New Jersey. W  Bell Telephone Laboratories, słynnej przemysłowej instytucji badawczej, zajmowano się badaniami elektronowych lamp próżniowych – antycznych urządzeń elektronicznych używanych, zanim jeszcze nadszedł świt cywilizacji i  wynaleziono tranzystory. Dwaj naukowcy, Clinton Davisson i  Lester Germer, bombardowali strumieniami elektronów powierzchnie rozmaitych metali pokryte tlenkami. Pracując pod kierunkiem Davissona, Germer zauważył dziwny rozkład elektronów odbitych od pewnych metali pozbawionych tlenkowej powłoki.
       W  roku 1926 Davisson pojechał do Anglii na sympozjum, gdzie usłyszał o  koncepcji de Broglie'a. Pospieszył z  powrotem do Laboratorium Bella i  zabrał się do analizowania zgromadzonych danych w  poszukiwaniu falowych zachowań. Wyniki doświadczeń doskonale pasowały do teorii elektronów zachowujących się jak fale, których długość zależy od energii bombardujących cząstek. Davisson i  Germer pospiesznie przygotowali artykuł i  ledwie zdążyli z  opublikowaniem go: w  Laboratorium im. Cavendisha George P. Thomson, syn sławnego J. J. Thomsona, prowadził podobne badania. Davisson i  Thomson otrzymali Nagrodę Nobla w  1938 roku za zaobserwowanie po raz pierwszy fali elektronów.
       Na marginesie warto dodać, że silne więzi rodzinne łączące Josepha Johna z  George'em są obficie udokumentowane w  ich pełnej ciepła korespondencji. W  jednym z  bardziej wylewnych listów G. P. pisał:
       „Drogi Ojcze,
       Rozważmy trójkąt sferyczny ABC...
       [i  po trzech gęsto zapisanych stronach na ten temat]
       Twój syn, George”.
       A  zatem fala jest związana z  elektronem, czy to uwięzionym w  antenie, czy podróżującym w  lampie próżniowej. Cóż jednak faluje w  tym elektronie?
góra strony
poprzedni fragment następny fragment
Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach