>>NFS>>Arkiv>>Verdens Fysikkår 2005
Verdens Fysikkår 2005
Fysikkdrypp - Mystisk minioppførsel
I 1801 utførte Thomas Young et eksperiment som demonstrerte bølgenaturen til lys, og som mange har gjentatt i
fysikkundervisningen på skolen. Han lyste en ensfraget, koherent lysstråle på en plate med to smale åpninger, og observerte
mønsteret på en skjerm på den andre siden. På skjermen fikk han et mønster av lyse og mørke områder, noe som i dag er kjent
som et interferensmønster. De lyse stripene kommer der lyset fra begge de to spaltene har en "topp" i bølgen, mens de mørke
kommer der lyset fra den ene har en bunn og den andre en topp - de utsletter hverandre. Mellomrommene mellom de lyse strekene
avhenger av bølgelengden til lyset, altså fargen, og av avstanden mellom de to spaltene. Et slikt interferensmønster er noe
bare bølger kan skape, og er derfor selve kjennetegnet på lysets bølgenatur. Man kan se liknende interfernsmønstre i alle
slags bølger, også i havbølger når disse passerer øyer i skjærgården.
Senere har man gjentatt eksperimentet med andre typer bølger, og på åttitallet gjentok man det med elektroner. Kvantefysikken
forteller oss nemlig at alle fysiske objekter kan ha en bølgenatur - men for store ting er bølgelengden til disse mye, mye
mindre enn selve objektet. For alle dagligdagse objekter er denne bølgelengden så liten at den har ingen praktisk betydning,
men for svært små objekter stiller det seg annerledes. Man kan foreta dobbeltspalteeksperimentet med elektroner, men da med
spalteåpninger på størrelse med enkeltatomer, og man vil få det karakteristiske interferensmønsteret, noe som viser at selv
partikler som elektroner har en bølgenatur og kan interferere med hverandre. Vi er jo vant til å tenke på elektroner som
partikler, men dette eksperimentet beviser at elektronene også kan opptre som bølger.
To lysbølgefronter interfererer.
Mye mer mystisk blir det hvis vi prøver å finne ut hva som skjer ved å sende ett og ett elektron gjennom spaltene. Da vil
hvert elektron gi en prikk på skjermen, men etter mange elektroner, vi man se interferensmønsteret tre fram som på blidet! Den
eneste forklaringen på dette er at hvert elektron passerer gjennom begge spaltene samtidig, og deretter interfererer
"med seg selv" og skaper mønsteret. Men når elektronet treffer bakveggen vises bare en prikk fordi vi da "måler" elektronets posisjon,
og et elektron kan bare være ett bestemt sted når vi måler det. Mystisk? Javisst. Men det blir enda litt verre. Hvis vi prøver
å måle hvilken av de to spaltene elektronet passerer gjennom, vil interferensmønsteret forsvinne, og vi får bare to
streker på baksiden, akkurat som man ville forvente av vanlige partikler. Dette er fordi den målingen vi gjør sikrer at elektroner bare
passerer gjennom en av spaltene, og dermed ikke kan skape noe interferensmønster.
Elektroner som sendes enkeltvis mot en dobbeltspalte danner et interferensmønster.
Hvis du synes dette er merkelig, er du ikke alene. Det amerikanske fysikkinstituttet har kåret dette eksperimentet til tidenes
vakreste eksperiment i fysikk fordi det på en enkel måte demonstrerer mye av det som er merkelig med kvantemekanikken. Det som
skjer når vi beveger oss ned på et nivå der ting er veldig små, er mystisk og har forundret oss i nærmere 100 år nå.
Stein Olav Skrøvseth Stipendiat, Institutt for fysikk,
NTNU.
|