Układ otwarty
Ucz się tak, jakbyś miał żyć wiecznie, żyj tak jakbyś miał umrzeć jutro" Życie jest religią.
180 obserwujących
1352 notki
3247k odsłon
4180 odsłon

Kwantowy kolaps – Mit czy rzeczywistość?

Wykop Skomentuj167

Porozmawiajmy o elektronie. Zobaczyć go okiem nie można, nawet pod mikroskopem. Niemniej bodaj nikt nie ma dziś wątpliwości, że elektrony to realne byty, że one naprawdę są, że to nie wymysł chorych teoretyków. Elektrony wykonują dla nas pracę, zostawiają po sobie ślady, uderzając w ekran kineskopu pozwalają nam oglądać obraz telewizyjny. Dziś kineskopy zostały wyparte, jako nieekonomiczne i niebezpieczne,  przez wyświetlacze plazmowe, lcd, led, ale kineskopy z działami elektronowymi zasilanymi wysokim napięciem działają i dziś tak samo jak przed laty. Elektrony, choć same niewidoczne, pracują dla nas byśmy mogli inne rzeczy zobaczyć. Zresztą podobnie jak fotony, ale ja dziś o elektronach piszę.

Zaglądając do Wikipedii znajdujemy tam zdanie, które może brzmieć nieco nipokojąco:

Dualizm korpuskularno-falowy – cecha obiektów kwantowych (np. fotonów czy elektronów) polegająca na przejawianiu, w zależności od sytuacji, właściwości falowych (dyfrakcja, interferencja) lub korpuskularnych (dobrze określona lokalizacja, pęd)


Czyli, według Wikipedii, a Wikipedia serwuje nam szkolną, podręcznikową, oficjalną, wiedzę, według wikipedii w zależności od sytuacji elektron zachowuje się a to jak fala, a to jak cząstka. To jest frustrujące. Chcielibyśmy wiedzieć czym jest elektron. Co to znaczy „zależnie od sytuacji”? Mętne to jakieś.

Szczęśliwie parę linijek niżej znajdujemy pocieszające stwierdzenie:

Dualizm korpuskularno-falowy w sformalizowanym języku mechaniki kwantowej można opisać posługując się równaniem Schrödingera:

Czyli w jednym prostym równaniu mechanika zawiera ów tajemniczy dualizm. Jest on tam jakoś zakodowany. Tak przynajmniej uczymy nasze dzieci. Ale czy naprawdę jest tak pięknie? W Wikipedii pod hasłem „Kopenhaska interpretacja mechaniki kwantowej”, w ostatnikm paragrafie,  znajdujemy stwierdzenie, które może zaniepokoić. Nie powinno się tego zdania czytać dzieciom na dobranoc. Oto to zdanie:

„Do krytyków interpretacji kopenhaskiej należy też Roger Penrose, neguje on uzależnienie kolapsu funkcji falowej od świadomości obserwatora. Uważa, że odpowiednio zaprojektowane doświadczenie pokazałoby iż redukcja stanu kwantowego dokonuje się niezależnie od świadomości badacza. Jako alternatywę proponuje kwantowograwitacyjny mechanizm pomiaru.”

Pojawia się tu zwrot „kolaps funkcji falowej”. Co to za pies?  Z bajki czy prawdziwy, taki co i ugryźć może?

W dyskusji pod poprzednią notką („Makrokosmiczna kwantowa fala”) pojawił się na przykład taki zabawny komentarz:

Czy "kolaps kwantowy" to jest pochodna po czasie (niech tam nawet cząstkowa) rozważań o wyższości Świąt Bożego Narodzenia nad Świętami Wielkiejnocy?
Bo to by wiele wyjaśniało... „


Najwyraźniej autor tego komentarza ma wątpliwości co do sensowności wprowadzenia tego terminu do fizyki. Sądzi, że są to fanaberie fizyków teoretyków, choćby i tych z wysokimi tytułami, jak Roger Penrose. Tytuły i stopnie naukowe nie zabezpieczają przed pleceniem głupot – to prawdopodobnie chciał powiedzieć autor komentarza, tylko nie chciał tego powiedzieć wprost. Nie winię go za to. Niewiedza wiele tłumaczy. Rolnik w dawnych czasach, który zobaczył pierwszy raz parowóz, nie bez racji uważał, że spotkał diabła. Tak i nasz komentator. Nie on zresztą jeden. Takich rolników jest więcej na moim blogu.

A jak to jest naprawdę z tym parowozem? Otóż jest tak. Strzelamy z działa elektronami, nie jest to działo szczególnie szybkostrzelne, około jeden elektron na sekundę. Strzelamy w podwójną sczelinę i patrzymy jak dziury po uderzających elektronach formują obraz na tarczy ustawionej za szczeliną. Wynik strzelania wygląda mniej więcej tak:

image

Gdy mamy dostatecznie wiele dziur na tarczy, zaczynają one tworzyć typowy obraz interferencyjny, coś na kształt fali.

To nie jest bajka. Tonomura robił to w Tokyo w swoim laboratorium. Oprowadzał mnie po nim osobiście, pokazywał aparaturę i jej działanie. Rauch w swoim laboratorium w Wiedniu robił podobne doświadczenia z neutronami. Też mnie oprowadzał, dawał do potrzymania w ręce specjalne kryształy służące do detekcji.  Zatem mamy sytuacje w których elektrony wykazują własności falowe. Tak jak w doświadczeniach Tonomury. Ale czy da się przebieg doświadczenia Tonomury wyjaśnić mechaniką kwantową i równaniem Schrodingera, jakby zdawała się sugerować Wikipedia?

Nie. Nie da się. Równaniem Schrodingera można przewidzieć kształt obrazu po zarejestrowaniu nieskończnej liczby elektronów. Nie da się jednak wymodelować powstawania na przykład 100 dziur. Formalizm matematyczny mechaniki kwantowej (tej z Kopenhagi) pozwala nam na wyliczenie wartości „średnich”, po nieskończonej liczbie pomiarów. Nie pozwala na wymodelowanie powstawania w czasie rzeczywistym skończonej liczby obserwacji. Penrose o tym wie, dlatego poszukuje wyjścia poza równanie Schrodingera. Wikipedi wspomina o mechanizmie „kwantowograwitacyjnym”. Nic to nie znaczy poza mętnymi hipotezami. Równanie Schrodingera jest potrzebne, ale nie wystarczające. Może je trzeba jakoś zmodyfikować?

Elektron przejawia się także jako cząstka. W komorze pęcherzykowej, lub w specjalnej emulsji,  elektron zostawia ślad:
image

Wykop Skomentuj167
Ciekawi nas Twoje zdanie! Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Salon24 news

Co o tym sądzisz?

Inne tematy w dziale Technologie