>>NFS>>Arkiv>>Verdens Fysikk�r 2005

Verdens Fysikk�r 2005

Fysikkdrypp - Mystisk minioppf�rsel

I 1801 utf�rte Thomas Young et eksperiment som demonstrerte b�lgenaturen til lys, og som mange har gjentatt i fysikkundervisningen p� skolen. Han lyste en ensfraget, koherent lysstr�le p� en plate med to smale �pninger, og observerte m�nsteret p� en skjerm p� den andre siden. P� skjermen fikk han et m�nster av lyse og m�rke omr�der, noe som i dag er kjent som et interferensm�nster. De lyse stripene kommer der lyset fra begge de to spaltene har en "topp" i b�lgen, mens de m�rke kommer der lyset fra den ene har en bunn og den andre en topp - de utsletter hverandre. Mellomrommene mellom de lyse strekene avhenger av b�lgelengden til lyset, alts� fargen, og av avstanden mellom de to spaltene. Et slikt interferensm�nster er noe bare b�lger kan skape, og er derfor selve kjennetegnet p� lysets b�lgenatur. Man kan se liknende interfernsm�nstre i alle slags b�lger, ogs� i havb�lger n�r disse passerer �yer i skj�rg�rden.

Senere har man gjentatt eksperimentet med andre typer b�lger, og p� �ttitallet gjentok man det med elektroner. Kvantefysikken forteller oss nemlig at alle fysiske objekter kan ha en b�lgenatur - men for store ting er b�lgelengden til disse mye, mye mindre enn selve objektet. For alle dagligdagse objekter er denne b�lgelengden s� liten at den har ingen praktisk betydning, men for sv�rt sm� objekter stiller det seg annerledes. Man kan foreta dobbeltspalteeksperimentet med elektroner, men da med spalte�pninger p� st�rrelse med enkeltatomer, og man vil f� det karakteristiske interferensm�nsteret, noe som viser at selv partikler som elektroner har en b�lgenatur og kan interferere med hverandre. Vi er jo vant til � tenke p� elektroner som partikler, men dette eksperimentet beviser at elektronene ogs� kan opptre som b�lger.

To lysb�lgefronter interfererer.

Mye mer mystisk blir det hvis vi pr�ver � finne ut hva som skjer ved � sende ett og ett elektron gjennom spaltene. Da vil hvert elektron gi en prikk p� skjermen, men etter mange elektroner, vi man se interferensm�nsteret tre fram som p� blidet! Den eneste forklaringen p� dette er at hvert elektron passerer gjennom begge spaltene samtidig, og deretter interfererer "med seg selv" og skaper m�nsteret. Men n�r elektronet treffer bakveggen vises bare en prikk fordi vi da "m�ler" elektronets posisjon, og et elektron kan bare v�re ett bestemt sted n�r vi m�ler det. Mystisk? Javisst. Men det blir enda litt verre. Hvis vi pr�ver � m�le hvilken av de to spaltene elektronet passerer gjennom, vil interferensm�nsteret forsvinne, og vi f�r bare to streker p� baksiden, akkurat som man ville forvente av vanlige partikler. Dette er fordi den m�lingen vi gj�r sikrer at elektroner bare passerer gjennom en av spaltene, og dermed ikke kan skape noe interferensm�nster.

Elektroner som sendes enkeltvis mot en dobbeltspalte danner et interferensm�nster.

Hvis du synes dette er merkelig, er du ikke alene. Det amerikanske fysikkinstituttet har k�ret dette eksperimentet til tidenes vakreste eksperiment i fysikk fordi det p� en enkel m�te demonstrerer mye av det som er merkelig med kvantemekanikken. Det som skjer n�r vi beveger oss ned p� et niv� der ting er veldig sm�, er mystisk og har forundret oss i n�rmere 100 �r n�.

Fysikknett om elektroner og b�lger
Institute of Physics: (Alle er p� engelsk)
- The most beautiful experiment (k�ring av tidenes vakreste eksperiment i fysikk.)
- The double-slit experiment
- New look for classic experiment (Et nylig publisert experiment med en dobbeltspalte i tid istedetfor i rom).

Stein Olav Skr�vseth Stipendiat, Institutt for fysikk, NTNU.