Πέμπτη 24 Αυγούστου 2017

Το νοητό πείραμα της διπλής σχισμής του Thomas Young εφαρμοσμένο για τη συμβολή μεμονωμένων ηλεκτρονίων.


Πείραμα Νο 1:

Ούτε ο Isaak Newton αλλά ούτε και ο Thomas Young ήταν τελείως σωστοί στις απόψεις τους για το φως.  Το φως δεν είναι απλά φτιαγμένο από σωματίδια ούτε και μπορεί να περιγραφτεί καθαρά σαν κύμα. Στις αρχές του 20ου αιώνα, ο Max Planck και λίγο αργότερα ο Albert Einstein, έδειξαν  ότι το φως εκπέμπεται και απορροφάται σε πακέτα ενέργειας που λέγονται φωτόνια. 
Το 1924 ο Γάλλος φυσικός Louis  de Broglie πρότεινε  ότι τα ηλεκτρόνια και άλλα τμήματα ύλης, τα οποία μέχρι τότε είχαν αντιμετωπιστεί μόνο ως υλικά σωματίδια, έχουν επίσης ιδιότητες κυμάτων όπως πλάτος και συχνότητα. Αργότερα, το 1927  η κυματική φύση των ηλεκτρονίων επαληθεύτηκε πειραματικά από τους C.J. Davisson και L.H. Germer στη Νέα Υόρκη και από τον G.P. Thomson στο Aberdeen της Σκοτίας. Η κβαντική θεωρία, έδειξε ότι τα φωτόνια και τα υποατομικά σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια εκδηώνουν διπλή φύση. Συμπεριφέρονται και ως σωματίδια και ως κύματα.
Για να εξηγήσουν την υπόθεση αυτή οι φυσικοί συχνά χρησιμοποιούσαν ένα νοητικό πείραμα, στο οποίο το πείραμα του Young με τη διπλή σχισμή και το φως πραγματοποιείται με τη χρήση μίας δέσμης ηλεκτρονίων αντί για φωτόνια. 
Μία δέσμη ηλεκτρονίων προσκρούει σε ένα πέτασμα με δύο σχισμές από τις οποίες περνούνε τα ηλεκτρόνια και αποτυπώνονται σε μία επιφάνεια πίσω από το πέτασμα. Ακολουθώντας τους νόμους της κβαντομηχανικής η δέσμη των σωματιδίων θα χωριζόταν στα δύο και η σύνθεση των επιμέρους δεσμίδων θα αλληλεπιδρούσε με τέτοιο τρόπο, ώστε να σχηματιστεί το ίδιο σχήμα των φωτεινών και σκοτεινών λωρίδων, όπως γίνεται και με την περίπτωση που το πείραμα εκτελείται με μία φωτεινή δέσμη.

                






Το πείραμα του Γαλιλαίου για την ελεύθερη πτώση


Πείραμα Νο 2:


Μεταξύ 1589 και 1592 ο ιταλός επιστήμονας Galileo Galilei που τότε ήταν μαθηματικός στο πανεπιστήμιο της Πίζας, λέγεται ˙ ότι άφησε να πέσουν ελεύθερα δυο σφαίρες διαφορετικών μαζών από τον Κεκλιμένο Πύργο της Πίζας, με στόχο να αποδείξει ότι ο χρόνος πτώσης τους είναι ανεξάρτητος από τη μάζα τους και ότι και οι δύο θα έφταναν στο έδαφος την ίδια στιγμή.

  ˙ σύμφωνα με μια βιογραφία του μαθητή του Vincenzo Viviani



Μέσω αυτού του πειράματος (που για τους περισσότερους ιστορικούς δεν πραγματοποιήθηκε ποτέ), ο Γαλιλαίος ήταν ο πρώτος που ήρθε σε ρήξη με την επικρατούσα αριστοτελική αντίληψη για τις φυσικές αρχές που διέπουν την κίνηση των σωμάτων.
Ο Αριστοτέλης είχε δείξει ότι τα βαριά αντικείμενα πέφτουν γρηγορότερα από τα ελαφριά. 
Ο Γαλιλαίος έδειξε ότι πρέπει όλα να πέφτουν με την ίδια ταχύτητα, αν αγνοήσουμε τις όποιες διαφορές στην αντίσταση του αέρα. Αργότερα, θέλοντας να ανακαλύψει το νόμο που διέπει την κίνηση των σωμάτων υπό την επίδραση του βάρους τους, πραγματοποίησε μια σειρά πειραμάτων σε κεκλιμένες διαδρομές και έγινε αυτός που καθιέρωσε ένα  νέο τρόπο μελέτης της φύσης, που συνδυάζει τη μαθηματική διατύπωση και τον πειραματικό ελέγχο.