Βρίσκεστε εδώ: Αρχική Σελίδα >> Ιστορία του Φωτός >> Το πείραμα των δύο σχισμών >> Σύνοψη

Σύνοψη του πειράματος

Κάναμε όλη αυτήν την εισαγωγή χρησιμοποιώντας παραδείγματα που για όλους είναι γνωστά για να μπορέσουμε τώρα να περάσουμε στο κυρίως θέμα, δηλαδή στις ιδιότητες και τελικά τη φύση του φωτός. Επαναλαμβάνουμε το πείραμα με φωτόνια. Τα φράγματα μπορούν να είναι κομμάτια μαύρου χαρτιού και ο ανιχνευτής ένας φωτοπολλαπλασιαστής, ο οποίος θα μπορεί να ανιχνεύει τα μεμονωμένα φωτόνια που θα φτάνουν μέχρι εκεί.

Με την κατάλληλη ενίσχυση του σήματος μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι αυτό που φτάνει στον ανιχνευτή, στον φωτοπολλαπλασιαστή, είναι ένας χτύπος (αν μπορούμε με κάποιο τρόπο να μετατρέψουμε το σήμα που λαμβάνουμε σε ήχο), δηλαδή είναι σαν να πέφτει μία σφαίρα. Μιλάμε λοιπόν, για μία ακέραια ποσότητα. Ο κάθε κτύπος τώρα, έχει ένα ορισμένο μέγεθος που είναι πάντοτε το ίδιο. Αν εξασθενίσει η πηγή, οι κτύποι ακούγονται αραιότερα, έχουν όμως πάντοτε το ίδιο μέγεθος. Αν ενισχυθεί, ακούγονται πιο γρήγορα κι αν τοποθετήσουμε κι έναν δεύτερο ανιχνευτή σε κάποιο άλλο σημείο, αυτό που θα διαπιστώσουμε (με την προϋπόθεση ότι η πηγή εκπέμπει αρκετά ασθενώς) θα είναι ότι ποτέ δε θ' ακούσουμε να ηχούν ταυτόχρονα δύο κρότοι. Τι σημαίνει αυτό; Ότι το κάθε σήμα φτάνει σε ακέραιες ποσότητες, με ορισμένο μέγεθος και κάθε φορά σε μια μόνο θέση.

Το επόμενο βήμα είναι να τοποθετήσουμε έναν ανιχνευτή πίσω από το διάφραγμα, όπως ακριβώς με τους βόλους και προσπαθούμε να μετρήσουμε τα αποτελέσματα. Τι περιμένουμε; Να πάρουμε μία καμπύλη τελείως όμοια με αυτή, όταν τα βλήματα ήταν οι βόλοι. Αυτό όμως που προκύπτει είναι μία καμπύλη όμοια με την Ι12! Με άλλα λόγια «ακούμε» τα φωτόνια ως σωματίδια, αλλά τα «βλέπουμε» να συμπεριφέρονται ως κύματα!

Αν τώρα κλείσουμε τη μία απ' τις δύο οπές και επαναλάβουμε τη, γνωστή πια, διαδικασία, θα πάρουμε απλώς μία απ' τις δύο καμπύλες Ν1 ή Ν2, ανάλογα με το ποια οπή θα μείνει ανοιχτή. Και φυσικά, αφήνοντας και τις δύο οπές ανοιχτές, δε θα πάρουμε τη Ν12. Το ερώτημα φυσικά είναι: Πώς μπορεί να συμβεί αυτό; Όταν τα φωτόνια περνούν μόνο από τη μία οπή κατανέμονται με έναν τρόπο, όταν περνούν απ' την άλλη οπή κατανέμονται με κάποιον άλλο τρόπο κι όμως, όταν είναι και οι δύο οι οπές ανοιχτές δεν παίρνουμε το άθροισμα των κατανομών. Αυτή είναι και όλη η παραδοξότητα με το φως, αν και πρέπει να πούμε ότι τελείως ανάλογα πράγματα συμβαίνουν με ηλεκτρόνια.

Τελευταία συμπεράσματα

Ας δούμε για λίγο ακόμα το θέμα. Ας πούμε ότι έχουμε την παρακάτω πρόταση, που τη λέμε Πρόταση 1.

Πρόταση 1: Ένα φωτόνιο περνά μέσα από την τρύπα Νο1 ή μέσα από την τρύπα No2

Λογικό; Για να δούμε. Αν η παραπάνω πρόταση λέει την αλήθεια, τότε ο συνολικός αριθμός των φωτονίων δε θα έπρεπε να είναι ίσος με τον αριθμό των δύο επιμέρους συνεισφορών; Σίγουρα. Κι όμως δεν είναι έτσι, το είδαμε αυτό. Τότε τι γίνεται. Πάει κάπου αλλού το φωτόνιο, μήπως χωρίζεται προσωρινά στα δύο ή μήπως συμβαίνει κάτι άλλο, ακόμα πιο παράδοξο; Η Πρόταση 1 είναι λάθος, μας λέει η λογική. Δυστυχώς ή ευτυχώς όμως η λογική δεν ελέγχεται πειραματικά.

Ας πούμε ότι είμαστε αποφασισμένοι να παρακολουθήσουμε ένα φωτόνιο σε κάθε στιγμή της πορείας του. Για να γίνει αυτό βέβαια, δεν αρκεί να το παρακολουθούμε με το μάτι μας, είναι αδύνατο αυτό. Όλο και κάποια συσκευή, ένας ανιχνευτής π.χ., θα χρειαστεί. Όμως (κι εδώ θα το πάρουμε ως δεδομένο, γιατί αν επεκταθούμε μάλλον δε θα σταματήσουμε ποτέ να το ψάχνουμε) πρέπει να δεχτούμε ότι δεν υπάρχει καμία συσκευή που δεν επηρεάζει την κίνηση του φωτονίου και ταυτόχρονα μας λέει από ποια οπή αυτό περνά. Ή το ένα θα έχουμε ή το άλλο.

Η αρχή αβεβαιότητας του Heisenberg έλεγε ότι θα πρέπει να αναθεωρήσουμε τον τρόπο που βλέπαμε τα πράγματα υπό την εξής έννοια: Η παρατήρηση της φύσης δεν είναι πια δεδομένη. Θα πρέπει να δεχτούμε κάποιους περιορισμούς στη δυνατότητα παρατήρησης. Κάτι τέτοιο αντιμετωπίζουμε κι εδώ. Αν διατυπώναμε την αρχή της αβεβαιότητας στην περίπτωση, που τόση ώρα εξετάζουμε, θα λέγαμε: "Είναι αδύνατο να σχεδιάσεις μια συσκευή που να προσδιορίζει την οπή, από την οποία περνά το φωτόνιο, και παράλληλα να μη διαταράσσει την πορεία του, ώστε να καταστρέφει τα χαρακτηριστικά τη συμβολής". Προς το παρόν είναι αδύνατο. Που καταλήγουμε; Στο ότι δεν μπορούμε τελικά να πούμε από ποια οπή περνά το φωτόνιο. Τόση προσπάθεια πήγε χαμένη; Ασφαλώς όχι. Απλώς η φύση είναι σοφότερη από εμάς κι αυτό πρέπει τουλάχιστον να το σεβαστούμε.