HTML

Ez meg amaz

Vegyesen ez meg az, ami engem érdekel.

Friss topikok

  • darthhouse: A Nagy Galéria nem más, mint egy rámpa. Semmi más nem kell egy piramis építéséhez, csak hosszú erő... (2012.06.09. 15:30) Piramisépítő technika
  • darthhouse: Nos, nem egészen. A hasonlat úgy helyes, hogy a hullám az a henger, és ennek egyik metszete a kör... (2012.06.09. 15:21) Az anyag kettős természete

Címkék

Archívum

Az anyag kettős természete

2012.06.01. 10:17 Kico

Az anyag kvantummechanikai leírásának meglepő, a klasszikus fizikától alapjaiban eltérő sajátosságai közül a legjellegzetesebb az a tulajdonság, amelyet „kettős természetként” ismer meg minden középiskolás.

A minket körülvevő anyagi világ két alapvető megnyilvánulási formája a hullámszerűség és a részecskejelleg. Klasszikus fizikai tapasztalataink alapján a hullámszerűen viselkedő dolgok jól elkülöníthetők a részecskeszerűektől, mint ahogy könnyen megkülönböztethető egymástól a hullámok terjedése s a részecskék mozgása, a hullámzó Balaton és a géppisztolysorozat. Jellegzetes hullámtulajdonság az interferencia képessége, azaz a hullámok periodikus összegződése a hullámtérben, ami olyan speciális hullámszámtanhoz vezethet – például két azonos frekvenciájú, azonos amplitúdójú, de ellentétes fázisú hullám esetén –, ahol valami meg valami összege a semmivel egyenlő. A klasszikus fizika testei nem interferálnak, ilyen bűvészmutatványra két kölcsönható test nem képes. A klasszikus fizika megállapítása tehát a hullámok és részecskék kérdésében a következőképpen foglalható össze:
Ami részecske, az nem hullám!
Ami hullám, az nem részecske!
A részecskeszer
űség és a hullámszerűség egyértelműen szétválasztható, ezen tulajdonságok kizárják egymást.
A XIX. századi klasszikus fizika alapján hullámnak leírt fény a kvantummechanika szerint kettős természetet mutat. Bizonyos kísérletekben a fény hullámként nyilvánul meg, míg más kísérletekben részecskeként. Ugyanez a kettősség elmondható a kezdetben apró golyóval modellezett elektronról is.
A kettős természet azért igazán zavarba ejtő tény, mert logikai abszurditásnak tűnik. Hiszen minden olyan kísérlet, amely például a fény részecsketermészetét igazolja, egyben cáfolata a fény hullámtermészetének. Az elektron hullámtermészetét igazoló elektroninterferencia kísérletek pedig az elektron részecskemodelljét cáfolják. A részecske és hullámtermészet a klasszikus fizika logikájával nem egyeztethető össze. Hibás elképzelés azt feltételezni, hogy az anyag kettős természetének jelentése csak annyi, hogy az anyag – legyen szó a tipikusan hullámként megismert fényről, vagy akár a jellemzően részecskeként ismert elektronról – létezésének bizonyos szakaszaiban részecskeként, máskor hullámként viselkedik.
De akkor mi a megoldás?

Mindenesetre nem kell feladnunk a logikus gondolkodás szabályait, ha ezt a problémát meg akarjuk oldani. Persze, bizonyos veszteségekkel szembe kell néznünk. Le kell mondanunk a világ szemléletességének illúziójáról, amit egyébként amúgy sincs jogunk feltételezni. Szembe kell néznünk azzal a ténnyel, hogy a világot modelljeinken keresztül ismerjük meg, s a klasszikus fizikai világ szemléletességének képzete abból fakadt, hogy a valóságról alkotott szemléletes modelljeinket összekeverjük magával a valósággal. Tehát a modell tulajdonságait, például a szemléletességet, önkényesen a valóságra is vonatkoztatjuk. Ha ezen a megszokáson túllépünk, akkor kimászhatunk a kettős természet logikai csapdájából. Végül is a SZEMléletességre való törekvés a látás érzékszervének misztifikálása a megismerés SZEMpontjából. Látásunk mai teljesítőképességét fán ugráló őseink korában fejlesztette ki az evolúció, egy olyan időszakban, amikor a kvantummechanika nem tudása nem jelentett semmilyen hátrányt a létért folytatott küzdelemben.
Ne vágyjunk mindenáron arra, hogy a világ szemléletesen, jól elképzelhetően nyilvánuljon meg számunkra, de ne mondjunk le arról, hogy logikánkat érvényesítsük a megismerésben!
A kvantummechanika világa, vagy inkább kvantummechanikai leírásunk a világról, logikus, ha nem is szemléletes.

A nyelv nehézségei

A kvantummechanika nyelve, azaz a mód, ahogy a kvantummechanika körébe tartozó jelenségekről, tényekről beszélni tudunk, azonos a klasszikus fizika nyelvével, ugyanakkor a kvantummechanika alapvetően más, mint a klasszikus fizika. Ez a tény számos félreértés forrása. A mellékelt történetben három alapvetően különböző minőségről esik szó: a téglalapról, a körről, a hengerről. A henger bizonyos viszonylatokban téglalapként, más helyzetekben pedig körként észlelhető. A két dimenzióban a „körség” és a „téglalapság” kizárja egymást, de a mi háromdimenziós világunkban a henger a „körség” és a „téglalapság”, a szögletesség és szöglettelenség sajátos harmóniája. De a henger nem kör, mint ahogy nem is téglalap. A „hengerség” mégis feloldja magában ezt a kettősséget. Nagy ára van ennek az eredménynek! A henger a kétdimenziósok számára nem lehet szemléletes.
Ha a fénnyel foglalkozunk, beszélhetünk elektromágneses hullámokról, vagy akár fotonokról is. De beszéljünk bármelyikről, már nem magáról a fényről esik szó, hanem a fény és a megfigyelő kölcsönhatásának következményeként részecskeként (foton) vagy hullámként (elektromágneses hullám) megnyilvánult fényre vonatkoznak megállapításaink. Tehát itt is három, egymástól jól elkülöníthető minőségről van szó. A fényről, amely az objektív valóság része, de számunkra nem szemléletes (henger), a fotonról, amely a fény és a megfigyelő kölcsönhatásának következményeként létrejött részecskeszerű állapot (téglalap) és a fényhullámról, amikor a fény és a megfigyelő kölcsönhatásából hullámszerű állapot származik (kör).
Berkeley püspök szerint létezni annyi, mint észlelve lenni, azaz a dolgokról önmagukról beszélni értelmetlen. Ha ezt a logikát követjük, megszabadulhatunk a három minőség közül az elsőtől, mondhatjuk azt, hogy fény nincs, csak fényhullám vagy foton, mint ahogy a kétdimenziósok ilyen erővel kijelenthetik, hogy henger nincs, csak kör vagy téglalap. De most ne ezt az utat járjuk!
Hogyan fogalmazható meg ezek után az anyag kettős természete a fényre vonatkozóan?
A fény nevű komplex fizikai jelenség rendelkezik azzal a sajátos tulajdonsággal, hogy a megfigyelőkkel (kísérleti berendezéssel) való kölcsönhatásában hol részecskeként, hol hullámként nyilvánul meg.
A részecske és hullámtermészet ellentmond egymásnak, de nem mond ellent a fény nevű összetett jelenségnek.
A kettős természet nem logikai ellentmondás, hanem a világ leírásában elsődleges útmutatóul szolgáló makroszkopikus tapasztalatok alapján felépített szemléletes modellek és a kvantummechanika mikrovilága között húzódó szakadék.
Az elektron és kölcsönhatásainak leírásánál még nagyobb nehézségekbe ütközünk, mint a fény esetében. Míg a háromféle minőségre a fény esetében három kifejezésünk van: fény, fényhullám, foton – bár az első kettő nem különül el egymástól teljesen –, addig az elektron nevű, megfigyelőktől független jelenségre és annak hullámszerű, illetve részecskeszerű megnyilvánulására csak két kifejezés van: az „elektron” és az „elektronhullám”. Ha értelmesen akarunk beszélni az elektron kettős természetéről, szótárunkat célszerű kibővíteni. A probléma feloldására némi gátlástalansággal a következő elnevezéseket javaslom:
elektron – a megfigyelőtől (kísérleti eszközöktől) független komplex jelenség
helektron – egy adott kísérleti elrendezésben hullámszerűen megnyilvánuló elektron
relektron – egy adott kísérleti elrendezésben részecskeszerűen megnyilvánuló elektron.

Az elektron kettős természete tehát azt jelenti, hogy az elektron hol helektronként, hol meg relektronként valósul meg egy konkrét kísérleti elrendezésben.
Figyeljük meg a következő mondatot, amelyet bármilyen fizikatankönyvből idézhettünk volna:
„A kétréses kísérlet az elektron hullámtulajdonságát igazolja. A két rés mögött, az ernyőn az elektronágyúból kilőtt, s egyesével becsapódott elektronok interferenciaképet hoztak létre. Vajon melyik résen mentek át ezek az elektronok? Az interferenciakép kialakulásának logikáját követve, azt kell mondanunk, hogy mindkettőn egyszerre.”
Hogyan fogalmazhatnánk úgy, hogy a kettős természet logikáját ne sértsük meg, s ezzel elkerüljük a nyomasztó ellentmondásokat?
A kétréses kísérletben az elektron hullámszerűen, tehát helektronként nyilvánult meg. Ezt az interferenciakép bizonyítja. Azt értelmetlen megkérdezni, hogy melyik résen mentek át az elektronok, mivel a rés és az elektronok kölcsönhatása során alakult ki interferenciakép, azaz az elektronok helektronokként nyilvánultak meg.
„Ha a kísérlet körülményeit úgy változtatjuk meg, hogy azonosítani lehessen, hogy melyik résen mentek át az egyes elektronok, akkor az interferenciakép eltűnik, s helyette e részecskeszerű eloszlásra jellemző becsapódási képet kapunk az ernyőn.”
Ez a megfogalmazás az elektront és a relektront mossa egybe. Mit mondhatnánk helyette:
A kísérlet körülményeinek megváltoztatásával elérhető, hogy az elektronok részecskeként (relektronként) nyilvánuljanak meg. Ekkor sem helyes azt állítani, hogy az elektronok az egyik vagy a másik résen mentek át, hiszen abból a tényből, hogy az elektronok és a megfigyelő (kísérleti körülmények) közötti kölcsönhatás relektront eredményezett, nem következik az, hogy ezen kölcsönhatás előtt az elektron relektron volt. Sőt bizton állíthatjuk, hogy a relektronná válás előtt még csak elektronról beszélhetünk, amely ha rendelkezne a valamely résen való áthatolás képességével, már nem elektron, hanem relektron lenne.
A kérdés egy kicsit olyan, mintha egy petesejtet arról faggatnánk miután „lánnyá termékenyült”, hogy milyen volt a neme a megtermékenyülés előtt...
Persze, mindezeket nem azért írtam le, hogy megváltoztassam a nyelvet. Az sem volt célom, hogy egyszerű mondataink helyébe körmönfont körmondatokat csempésszek, de azt feltétlenül érdemes hangsúlyozni, hogy ha szét tudjuk választani magunkban az absztrakt, s ezért közvetlenül meg nem tapasztalható mikroszkopikus szintű kvantummechanikai jelenséget, s annak egymást kölcsönösen kizáró makroszkopikus megnyilvánulásait, akkor talán nem fogjuk annyira ellentmondásosnak érezni a kvantummechanikát.

Horányi Gábor

Tanmese a kettős természetről

Egyszer volt egy kétdimenziós világ. Ebben a világban sokszögek éltek és szigorú kasztrendszer uralkodott. Annál nemesebbnek számított valaki, minél több szöge volt. A hatalmat pedig a körök gyakorolták. Mivel féltették uralmukat, néhány fontos, de könnyen belátható szabályban foglalták össze felsőbbrendűségük ismérveit és annak következményeit:
·
Minden hatalom a köröké, akik tökéletesek, tehát istenek.
·
Mivel a körök istenek, mindig igazuk van.
·
A körök szöglettelenek.
·
Aki szögletes, az nem szöglettelen. Aki szöglettelen, az nem szögletes.
Ezt a néhány szabályt az ország minden lakosa jól az agyába véste.
Élt ebben az országban egy négyzet. Ez a négyzet egyszer elment sétálni a mez
őre. Hát ahogy ott sétál, hirtelen hangot hall. Nem tudta megmondani, honnan jött a hang, úgy érezte, egyszerre mindenhonnan hallja, sőt tulajdon belsejéből is az szól.
– Én a harmadik dimenzióból jöttem – szólt a hang.
A négyzet hitetlenkedett.
– Nincs is harmadik dimenzió – mondta –, hisz hogy merre van, megmutatni senki sem tudja. – S ebben a pillanatban a semmiből hirtelen előtűnt közvetlenül a négyzet orra előtt egy téglalap.
– Mit keresel itt, hogy kerültél ide? – kérdezte a négyzet.
– Én jöttem a harmadik dimenzióból – szólalt meg a téglalap –, én szóltam hozzád előbb!

– Miért higgyek neki? – gondolta a négyzet. – Hisz csak egy négyszög, mint én, s amit mond, annak nincs semmi értelme. Kétségtelenül nem isten, tehát nem biztos, hogy igazat mond. Hiszen aki szögletes, az nem szöglettelen.
A jövevény érezte, hogy nem hisznek neki, megsértődött és eltűnt. Ám a következő pillanatban egy kör jelent meg a négyzet előtt. A négyzet nagyon meglepődött, s nem értette, hogy kerül ide a semmiből egy ilyen fontos személyiség. De nem volt túl sok ideje tanakodni, mert a kör megszólalt:
– Én vagyok a jövevény a harmadik dimenzióból, velem beszéltél az előbb, amikor téglalap voltam.
– Ez lehetetlen – gondolta a négyzet, de kimondani nem merte, mivel aki szöglettelen, az kör, tehát isten és mindig igaza van. De a kör és a téglalap nem keverhető össze! A kettő nem lehet ugyanaz! Aki szögletes, az nem szöglettelen, aki szöglettelen, az nem szögletes.
– Én egyszerre vagyok mindkettő – mondta jövevény. – Én vagyok a henger. Három dimenziós test vagyok.
– Ennek nincs értelme – gondolta a négyzet. – Mi az, hogy harmadik dimenzió és mi az, hogy test és henger? A szögletesség és szöglettelenség kizárják egymást. A hengert tehát lehetetlen elképzelni. Akkor pedig nincs. Mindjárt megőrülök! – gondolta, azzal hátat fordított a hengernek, és kétségbeesetten elrohant. A henger bosszúsan kiemelkedett a síkból, és tovalebbent.

 

 

Forrás: Sulinet / Élet és Tudomány

1 komment

A bejegyzés trackback címe:

http://ezmegamaz.blog.hu/api/trackback/id/tr374558790

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben.

darthhouse 2012.06.09. 15:21:29

Nos, nem egészen.

A hasonlat úgy helyes, hogy a hullám az a henger, és ennek egyik metszete a kör, a részecske tulajdonság.

Ugyanis ahogy Michio Kaku oldalán olvashatod mkaku.org/ a fény az 5. dimenzióban közönséges hullám.

Tetszett a bejegyzés? Kövesd a blogot!

blog.hu