Dziesięć Najpiękniejszych Eksperymentów z Fizyki
Jest to lista eksperymentów ogłoszona w 2005 przez przez historyka, fizyka i naukowca Roberta P. Crease, z Uniwersytetu Stanowego w Nowym Jorku. Została ułożona na podstawie ankiety przeprowadzonej wśród fizyków na całym świecie. Oto lista eksperymentów ułożona chronologicznie:
1. Pomiar Erastostenesa - Pomiar Obwodu Ziemi (ok. 230 roku p.n.e.)
Eratostenes (znany także pod nieskromnym imieniem β (Beta), ponieważ sam sobie i współczesnym udowodnił, że jest drugim pod względem zakresu i różnorodności posiadanej wiedzy i dokonań naukowcem tamtych czasów) dokonał niewiarygodnie (jak na rok 230 p.n.e.) dokładnych pomiarów obwodu Ziemi. Wyniki pomiarów przedstawił w dziele "O pomiarach Ziemi", które nie przetrwało do naszych czasów. Część obliczeń dokonanych przez Eratostenesa można znaleźć w pracach innych autorów (takich jak: Kleomedes, Teon ze Smyrny i Strabon).
Eratostenes porównał długość cieni rzucanych w południe, w czasie letniego przesilenia, pomiędzy Syene (dzisiejszy Asuan w Egipcie nad Nilem) i Aleksandrią. Założył przy tym, że Słońce jest tak odległe, że promienie światła w obu miejscach są praktycznie równoległe. W tym okresie promienie słoneczne w Syene oświetlały dno głębokiej studni, padały więc pionowo (Słońce było w zenicie), podczas gdy w tym samym czasie w Aleksandrii (leżącej według Erastotenesa na tym samym południku, co nie jest prawdą, ale popełniany błąd jest niewielki) padały one pod kątem 7,2 stopnia kątowego (co stanowi 7,2/360 część stopnia a więc 1/50 część kąta pełnego).
Od podróżników karawan wiedział także, że odległość pomiędzy tymi miastami wynosi ok. 5 000 stadionów (t.j. ok. 800 km, dokładna wartość długości stadionu nie jest znana ale średnio antyczny stadion miał długość ok. 185 m). Obwód Ziemi powinien być więc 50 razy większy, czyli wynosić ok. 40 000 km.Oczywiście, jak już zostało to wspomniane wyżej, były tu pewne niedokładności (rzeczywista średnia wartość obwodu Ziemi wynosi dokładnie 40 041,455 km, a uważa się, że Erastostenes podał ją w granicach od 39 690 km do 46 620 km), ale do dnia dzisiejszego używa się tej metody do dokładnych pomiarów Ziemi.
2. Eksperyment Galileusza - Spadek Swobodny Ciał o Różnej Masie (rok 1600)
Arystoteles twierdził, że ciało spada na ziemię tym szybciej im jest cięższe. Było to bardzo popularne mniemanie aż do późnych lat XVI wieku. Może nam to uzmysłowić jak wielki był regres w niektórych dziedzinach nauki (a zwłaszcza w fizyce) w Średniowieczu, że nadal opierano się na błędnej w tym wypadku wiedzy starożytnych Greków. Dopiero Galileusz przeciwstawił się temu twierdzeniu, stawiając na szali cały swój autorytet i stanowisko dziekana katedry matematyki na Uniwersytecie w Pizie.
Zrobił to w dość spektakularny sposób: zrzucał mianowicie kule o różnych masach z Krzywej Wieży w Pizie i mierzył czas ich spadania. W tym samym czasie upuścił z wieży 2 kule: ciężką kulę armatnią o wadze 80 kg i znacząco lżejszą kulkę muszkietową o wadze 200 g. Oba ciała (które miały podobną formę) dosięgły ziemi w tym samym momencie.Udowodnił więc, że czas ich opadania jest dokładnie taki sam (przy zaniedbaniu nieznacznego w tym przypadku efektu wynikłego z tarcia powietrza). Dowód ten stanowi jedną z podwalin mechaniki klasycznej, a historia ta stanowi jeden z elementów folkloru naukowego. Pokazuje też, że w nauce wyniki eksperymentu są zawsze ważniejsze niż autorytet nawet najbardziej uznawanego i poważanego człowieka.
3. Eksperyment Galileusza - Obserwacja Ruchu Ciał Staczających Się z Równi Pochyłej (rok 1600)
Jakkolwiek prawdziwość eksperymentu ze spadającymi kulami z Krzywej Wieży w Pizie (o którym wzmianka pojawiła się po raz pierwszy w pracy jego ucznia Vincenzo Viviani) jest obecnie podawana przez niektórych uczonych i historyków w wątpliwość, to nikt nie wątpi w to, że Galileusz wykorzystał kule toczące się w dół na równi pochyłej w celu badania ich prędkości i przyspieszenia.
Jego równia składała się z blatu (o długość 20 kubitów i szerokość połowy kubita, czyli ok. 6 m na 15 cm), który pośrodku miał precyzyjnie nacięty rowek. Był on tak gładki, jak to tylko było możliwe do wykonania. Galileusz pochylił blat (tak, że utworzył on równię pochyłą) i spuszczał z niego mosiężne kule. Jednocześnie mierzył czas ich toczenia za pomocą zegara wodnego, dużego naczynia z wodą, która wypływała przez cienką rurkę. Za każdym razem ważył on wodę, która wypłynęła z naczynia i porównywał wyniki z przebytym przez kulę dystansem.
Arystoteles błędnie przypuszczał, że prędkość toczącej się kuli powinna być stała. Jeśli podwoimy czas toczenia się, to kula powinna przebyć dwa razy dłuższą drogę. Galileusz, za pomocą tego eksperymentu, obalił to twierdzenie. W rzeczywistości przy podwojeniu czasu toczenia kula przebyła drogę cztery razy dłuższą. Droga ta jest wprost proporcjonalna do kwadratu czasu. A powodem tego wszystkiego jest przyspieszenie wnoszone przez grawitację.
Oba eksperymenty (ze zrzucaniem kul z wieży i z toczeniem ich na równi pochyłej) dowodziły tej samej w istocie rzeczy: spadające lub toczące się obiekty (toczenie się jest wolniejszą wersją spadania, tak długo jak rozłożenie masy w obiekcie jest takie same) zwiększają prędkość niezależnie od ich masy. Było to rewolucyjne (jak na wiek XVII) stwierdzenie.4. Eksperyment Newtona - Rozszczepienie Światła Za Pomocą Pryzmatu (lata 1665-1666)
Światło białe, które po przejściu przez pryzmat rozszczepia się na różne kolory, można z powrotem złożyć (np. za pomocą pryzmatu lub luster) w światło białe. Na ten fakt zwrócił uwagę po raz pierwszy Isaac Newton w swoich opublikowanych notatkach pt. On Colour (O kolorach), które później rozwinął w większe dzieło pt. Optics (Optyka). Praca ta była zarzewiem gorących dyskusji (a nawet personalnych kłótni i niesnasek), w świecie naukowym tamtych czasów, dotyczących natury światła. Tym niemniej większość z tych co widziała na własne oczy rozszczepienie światła (czy to na pryzmacie, czy też w naturze, np. tęczę) przyznaje, że jest to zjawisko nad wyraz piękne i malownicze.5. Eksperyment Cavendisha - Wyznaczenie Stałej Grawitacji G Za Pomocą Wagi Skręceń (rok 1798)
Może to być pewnym zaskoczeniem dla przeciętnego człowieka, ale wartość jednej z fundamentalnych stałych naszego świata stała grawitacji G jest jedną z najgorzej poznanych wartości fizycznych. Z najnowszych badań przeprowadzonych w roku 2000 przez H. Gundlacha i Stephena M. Merkowitza z Uniwersytetu Waszyngtońskiego w Seattle wynika, że wynosi ona 6,6742(15) przy maksymalnej niepewności pomiaru szacowanej na 0,0014 % tej wartości ("Physical Review Letters", t. 85, nr 14, 2000). Pomiary te zwiększyły dokładność znajomości stałej G o jeden rząd wielkości, czyli o jedną cyfrę znaczącą na końcu wyniku. Do tej pory opieraliśmy się na wartości wielkości stałej G zmierzonej w roku 1798 przez angielskiego uczonego Henry'ego Cavendisha. Tym większy musi być nasz podziw dla naukowca, który podał ją 200 lat temu tylko z dziesięciokrotnie mniejszą precyzją.
Jak wszyscy powinniśmy pamiętać ze szkoły podstawowej trzy uniwersalne prawa ruchu, prawo powszechnego ciążenia i zjawisko grawitacji sformułował inny angielski uczony Sir Isaac Newton w dziele Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Matematyczne podstawy filozofii naturalnej, bardziej znane dzisiaj jako Principia). Jako pierwszy oszacował on także stałą G.
Cavendish sądził, że jest w stanie podać ją z większą dokładnością niż Newton. Brakowało mu "jedynie" odpowiedniego przyrządu, który mógłby dowieść, że wszystkie ciała przyciągają się wzajemnie niezależnie od grawitacji Ziemi.
Eksperymenty, które doprowadziły do wyznaczenia stałej G, a jednocześnie do zmierzenia wagi Ziemi, przeprowadzał on w latach 1797-98. Użył przyrządu i oparł się na metodzie opisanej przez swego rodaka geologa Johna Michella, który niestety zmarł przed ukończeniem swoich badań. Aparat zwany wagą skręceń został wysłany do Cavendisha w skrzyniach. Składał się on z cienkiej nici kwarcowej na której zawieszony był lekki pręt. Na końcach pręta zawieszone były małe kule. Do nici było przymocowane lusterko. Aparat wykorzystywał fakt, że siła potrzebna do skręcenia nici jest bardzo mała, a wiązka światła padająca i odbijająca się od lusterka i padająca następnie na skalę mogła precyzyjnie wyznaczyć kąt skrętu.Cavendish umieścił następnie w pobliżu małych kulek (na pręcie) symetrycznie dwie duże kule ołowiane (o znanych masach, dokładnie po 350 funtów każda) i zmierzył kąt skrętu o jaki obrócił się pręt. Na podstawie tych pomiarów wyliczył wartość stałej G.
Potem eksperyment ten był znany także pod nazwą "ważenie Ziemi" ponieważ znając precyzyjnie stałą grawitacji G można z prostego wzoru wyznaczyć z równą dokładnością masę Ziemi:
, gdzie g to przyspieszenie ziemskie, a Rz to długość promienia Ziemi.Cavendish oczywiście podał także wartość tej masy, a niejako "z rozpędu" obliczył masy Słońca, Jowisza i innych planet, których satelity były znane w tamtych czasach. Można je wyliczyć ze wzoru, np. dla masy Słońca:
M_{s}=\frac{GM_{z}}{FR^{2}}, gdzie R to odległość Ziemi od Słońca.
Jako ciekawostkę można podać, że (korzystając z najnowszych wyliczeń stałej G) masa Ziemi wynosi 5,9722450,000082 × 1024 kg (która to wartość jest tylko o 1 % dokładniejsza niż wartość obliczona przez Cavendisha), zaś Słońca 1,9884350,000027 × 1030 kg.
Waga skręceń, zwana także wagą Cavendisha, mimo upływu lat nie zmieniła znacząco swojego wyglądu i budowy i nadal chętnie jest wykorzystywana w laboratoriach i uczelniach całego świata do wyznaczania stałej grawitacji G.
6. Doświadczenie Younga - Interferencja Światła Na Dwóch Szczelinach (rok 1801)
Young wykonał eksperyment, który miał rozstrzygnąć trwający od niemal 200 lat spór o to czy światło jest strumieniem cząstek, tak jak twierdził to Newton, czy falą. Rozumował w następujący sposób: zjawiskiem które zachodzi dla fali a nie zachodzi dla strumienia cząstek jest interferencja. Gdy przepuścimy światło poprzez dwa pobliskie otwory w przesłonie i rzucimy na ekran możemy na nim zaobserwować charakterystyczne prążki, które nie wystąpiłyby gdyby światło nie było falą. Eksperyment ten potwierdza więc falową naturę światła. Poniższy rysunek w poglądowy sposób wyjaśnia zaobserwowane zjawiska.
7. Wahadło Foucaulta - Doświadczalny Dowód Na Ruch Obrotowy Ziemi (rok 1851)
Ruch wahadła Foucaulta (dzięki ogromnym rozmiarom, dużej masie obciążnika i specjalnemu zawieszeniu tylko w jednym punkcie) jest długotrwały i praktycznie niezależny od ruchu obrotowego Ziemi. Dla wahadła zawieszonego nad biegunem, Ziemia niejako "ucieka" spod niego i przy każdym następnym wahnięciu wahadło nie powraca do tego samego punktu, ale nieco dalej. Ponieważ w ciągu ok. 24 godzin punkty te zakreślają okrąg a ruch odbywa się zawsze tylko w jednym kierunku dowodzi to, że Ziemia się obraca. Poza biegunami jest podobnie ale okres "obrotu" wahadła jest dłuższy (w szczególności na równiku płaszczyzna drgań nie zmienia położenia względem powierzchni Ziemi). Wynalazca Jean Bernard Léon Foucault, zademonstrował je po raz pierwszy w 1851 w Panteonie w Paryżu, gdzie do dzisiaj możemy je podziwiać.
O tym, że Ziemia cały czas się obraca możemy przekonać także w Polsce. Wahadło Foucaulta posiadają m.in. Instytut Fizyki Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu (długość ramienia: 16 m, masa obciążnika: 29 kg) oraz Wydział Fizyki Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Od września 2005 doświadczenie to można obserwować także w wieży Zamku Książąt Pomorskich w Szczecinie, gdzie znajduje się najcięższy w Polsce obciążnik ważący 76 kg (długość ramienia: 28,5 m). Od 25 stycznia 2005 roku wahadło takie znajduje się również na Dziedzińcu Południowym Gmachu Głównego Politechniki Gdańskiej (ramię o długości 26 metrów, masa 64 kilogramów). Również Frombork ma swoje wahadło – w Wieży Radziejowskiego, będącej częścią zespołu katedralnego, gdzie Mikołaj Kopernik napisał "De revolutionibus..." Nieco mniejsze ale również efektowne wahadło posiada Politechnika Częstochowska.8. Doświadczenie Millikana - Wyznaczenie Ładunku Elektronu Za Pomocą Spadającej w Polu Elektrycznym Kropli Oleju (rok 1910)
Przy pomocy rozpylacza Millikan wytwarzał kropelki oleju ponad dwiema równoległymi płytkami. Wpadały one przez otworek w górnej, izolowanej płytce do przestrzeni pomiędzy płytkami. Aby były dobrze widoczne, zostały oświetlone z boku. Pole widzenia było przecięte dwoma poziomymi, równoległymi, cienkimi kreskami. Kropelki oleju mogły elektryzować się dzięki tarciu w czasie procesu rozpylania. Do płytek Millikan przykładał pewną różnicę potencjałów, wytwarzając pomiędzy nimi pole elektryczne.
9. Eksperyment Rutherforda - Odkrycie Jądra Atomowego (rok 1911)
W roku 1897 fizyk angielski, profesor Uniwersytetu Cambridge, noblista sir Joseph John Thomson odkrywa elektron. Odkrycie ujemnie naładowanego elektronu, który można oderwać od atomu, zachwiało poglądami na temat budowy atomu - wcześniej uważano, że atomy to niepodzielne kulki bez struktury wewnętrznej. Skoro elektron ma ładunek ujemny, to reszta musi mieć ładunek dodatni. Ilości tych ładunków równoważą się tak, że atom w całości ma ładunek obojętny. Kwestią sporną było jak to jest rozłożone w przestrzeni atomu. Koncepcji, jak zawsze w takim przypadku, pojawiło się sporo, ale w końcu przeważyła hipoteza samego Thomsona, zwana modelem ciasta z rodzynkami. Głosiła ona, że dodatnio naładowany ładunek rozłożony jest w całej objętości atomu a elektrony tkwią w nim punktowo, tak jak rodzynki w cieście. Teoria ta wydawała się najbardziej mechanicznie stabilnym i wiarygodnym opisem materii. A poza tym najbardziej przystawała do "zdroworozsądkowej" obserwacji tzw. zwykłego człowieka, że materia jest w gruncie rzeczy ciągła i spoista. Odkrycie promieniowania znanego obecnie jako promieniowanie jądrowe, a w nim promieniowania alfa, wprowadziło kolejną nierozwiązaną kwestię, niektóre atomy wysyłają z siebie inne atomy. W maju roku 1909 miało się jednak okazać, że nie wszystko co na pierwszy rzut oka uważamy za oczywistość jest nią w istocie.
A miał ją podważyć nie kto inny, ale jego dawny zdolny uczeń i następca na katedrze fizyki sir Ernest Rutherford. Gburowaty, porywczy (miał silne przekonanie, "poparte" praktyką, że nic tak nie wspomaga eksperymentów fizycznych jak częste obrzucanie ich wiązką przekleństw) z wielkim sumiastym wąsem Nowozelandczyk był pierwszym cudzoziemskim studentem na katedrze im. Cavendisha i pierwszym cudzoziemcem, który objął tę katedrę. Jednak to nie on sam przeprowadzał eksperyment znany teraz pod jego imieniem lecz jego stażysta Hans Geiger (tak to ten sam Geiger, który teraz kojarzy się nam od razu z licznikiem Geigera) i student Ernest Marsden (późniejszy znany fizyk nowozelandzki).Eksperyment polegał na bombardowaniu bardzo cienkiej złotej folii promieniowaniem alfa i obserwacji charakteru rozkładu kątowego przechodzących przez nią cząstek alfa co pozwoliłoby określić strukturę budowy atomu. Już wówczas wiedziano, że promieniowanie alfa to po prostu atomy helu pozbawione elektronów, w tym eksperymencie uzyskiwane z radioaktywnego radonu. Przyrząd do badania zjawiska zawierał źródło tych cząstek, ołowiany pojemnik z niewielkim otworem skierowanym na złotą folię. Podczas eksperymentu umieszczano pod różnymi kątami do biegu promieni alfa przed zderzeniem detektor scyntylacyjny. Ekran pokryty siarczkiem cynku obserwowany był przez lupę, na którym pojawiają się błyski, gdy trafi w niego cząstka alfa.
Idea była prosta: cząstka alfa leci w kierunku złotej folii, przechodząc przez atom, oddziałuje z elektronami które nieznacznie zmieniają kierunek jej biegu, następnie uderza ona w ekran, który w tym miejscu na moment rozbłyska. Eksperymentatorzy wyznaczają zależność liczby cząstek od kąta rozpraszania, uzyskując w ten sposób informację o nierównomierności rozkładu ładunku w atomie, w tym i o liczbie elektronów w atomie.
Według teorii Thomsona cząstki te powinny przejść przez złotą folię jak "przez masło". Ku zaskoczeniu eksperymentatorów okazało się jednak, że 1 cząstka na około 8000 wystrzelonych odbija się od złotej folii. Rutherford zareagował na tę wiadomość słynnym zdaniem: "To było chyba najbardziej niewiarygodne zdarzenie w moim życiu. To tak, jakby pocisk artyleryjski wielkiego kalibru, wystrzelony w kierunku serwetki, odbił się od niej i powrócił do strzelającego”.
Rutherford, pomysłodawca tego eksperymentu, przystąpił teraz do rozwiązania zagadki. A zajęło mu to aż 18 miesięcy, ponieważ chciał, by zaproponowana hipoteza była możliwie kompletna i wiarygodna. Dopiero na początku 1911 roku opublikował rozwiązanie problemu. Atom w ogromnej większości jest pusty. W środku atomu jest duże (w proporcji do rozmiarów elektronów) jądro, a w ogromnej odległości (w stosunku do wielkości jądra), po ściśle określonych orbitach, krążą niewielkie elektrony. Tylko w ten sposób można wytłumaczyć występujące te rzadkie odbicia masywnej cząstki alfa: odbijała się ona tylko w przypadku trafienia w jądro atomu złota.
Od razu nasuwała się analogia pomiędzy budową atomu i budową Układu Słonecznego. Inna jest tylko skala zjawiska. Stąd pochodzi nazwa koncepcji Rutherforda: budowa planetarna atomu.
Ciągłość materii to złuda. Jądro zajmuje mniej niż jedną bilionową część objętości atomu. To siły elektryczne działające między atomami utrzymują względną spoistość materii.
Tak skończyła się epoka fizyki klasycznej, a zaczęła się era fizyki jądrowej.
10. Doświadczenie Davissona i Germera - Dyfrakcja Elektronów Na Podwójnej Szczelinie (rok 1927)
W 1909 r. Albert Einstein w jednym ze swoich artykułów snuł rozważania nad kwantową teorią światła. Wielki fizyk zastanawiał się dlaczego światło składające się przecież z cząstek zachowuje się jednocześnie jak typowa fala ze wszystkimi charakterystycznymi dla niej cechami (takimi jak interferencja, dyfrakcja i inne a wystąpienie ich uwarunkowane jest od jej długości).
Dociekania te "natchnęły" młodego francuskiego arystokratę, księcia Louisa Victora de Broglie, który w roku 1924 w swojej pracy doktorskiej zaproponował aby ten dziwny, podwójny charakter światła uznać za fundamentalną własność przyrody. Teorię tę można więc wykorzystać także do rozważań nad zachowaniem innych cząstek takich jak np. elektron. Jeśli fale mogą być jednocześnie cząstkami, to symetrycznie rzecz biorąc, cząstki mogą być falami. De Broglie poszedł dalej i przedstawił także równanie opisujące zależność między energią cząstek a długością fali.
Były to jednak tylko dociekania teoretyczne. Brakowało doświadczenia, które potwierdziłoby te hipotezy w praktyce.
Takie doświadczenie wykonali dopiero w 1927 dwaj amerykańscy naukowcy, Clinton Davisson i Lester Germer, którzy w owym czasie pracowali w słynnym Laboratorium Bella i zajmowali się badaniem lamp próżniowych. Praca ich polegała m.in. na badaniu zachowania się powierzchni metalowych pokrytych różnymi tlenkami poddanych bombardowaniu strumieniem wolno poruszających się elektronów.W jednym z tych eksperymentów naukowcy kierowali wiązkę elektronów w kierunku kryształu niklu (próbka miała formę małej tarczki) w wyniku czego następowała wtórna emisja elektronów z tego kryształu. Kryształ niklu umieszczony był w specjalnie skonstruowanym urządzeniu do badania emisji, które posiadało dookólny ekran. Kolektor ten zbudowany był z płytki metalowej, której zadaniem było zbieranie padających na nią elektronów i pozwalał na ocenę charakteru ich rozkładu. Ekran był ruchomy i można nim było obracać wokół próbki.
Czasami w eksperymentach naukowych dużą rolę odgrywa przypadek. Tak było i tym razem. Ponieważ w czasie doświadczeń doszło do utlenienia jednej z tarczek niklu naukowcy ją podgrzali aby usunąć powstały na jej powierzchni tlenek. Po wznowieniu eksperymentów okazało się jednak, że ich wyniki są różne od poprzednich. Podgrzanie tarczy zmieniło właściwości materiału. Powstał jeden duży monokryształ niklu. Doświadczenie wykazało, że chociaż tak jak przedtem elektrony dalej były emitowane w różnych kierunkach i pod różnymi kątami to jednak dla niektórych z tych kątów emisja była wyraźnie większa.
Germera, pracującego pod kierunkiem Davissona, zastanowił rozkład elektronów powstały przy odbiciu od kryształów niklu. Uzyskany obraz zdawał się dziwnie podobny do wzorów interferencyjnych. Davisson o koncepcji de Broglie'a usłyszał w 1926 będąc na sympozjum w Anglii. Natychmiast skojarzył oba te fakty i po powrocie do USA gorączkowo zabrał się za analizowanie zgromadzonych do tej pory danych z badań. Po uważnej analizie doszedł on do wniosku, że wiązka elektronów była rozpraszana na powierzchni atomów niklu pod dokładnie takim samym kątem, który był przewidziany dla dyfrakcji promieni X zgodnie z równaniem Bragga, dla długości fali otrzymywanej z równania de Broglie'a.
Okazało się więc, że wyniki badań doskonale potwierdzają teorię de Broglie. Zaobserwowany przez Germera rozkład odbić elektronów to obraz interferencyjny powstały na skutek dyfrakcji fal płaskich. Elektrony zachowują się więc tak jak fale a ich długość zależy od energii bombardujących cząsteczek. Był to więc pierwszy "namacalny" dowód na falową naturę cząstek.
Dla celów dydaktycznych fizycy często wykorzystują eksperyment myślowy, w którym doświadczenie Younga z dyfrakcją fali na podwójnej szczelinie, przenoszą w mikroświat na poziomie kwantowym, w którym wiązkę światła zastępujemy wiązką elektronów. Zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, strumień cząstek powinien ulec podziałowi na dwie wiązki i słabsze strumienie powinny interferować każdy z każdym, tworząc taki sam wzór (złożony z jasnych i ciemnych kręgów) jaki byłby utworzony przez światło w makroświecie. Cząstki powinny zachowywać się jak fale.
Pośpiesznie przygotowany i opublikowany artykuł wyprzedził wyniki podobnych badań, przeprowadzane w tym samym czasie w Laboratorium im. Cavendisha w Szkocji (Wielka Brytania) przez George'a Pageta Thomsona (syna sławnego Josepha Johna Thomsona) podczas których można było zaobserwować zjawisko dyfrakcji przy bombardowaniu cienkiej folii strumieniem posiadających dużą energię elektronów. Po przejściu przez folię wiązka elektronów tworzyła na ekranie centryczne kręgi, przypominające bardzo wzory powstające przy naświetlaniu promieniami X powierzchni pokrytej proszkiem drobno zmielonych polikryształków (wynikiem tego typu dyfrakcji, powodowanym przez wiele przypadkowo skierowanych ziaren kryształu, są centrycznie położone okręgi). Przy zmianie długości fali (przez zmianę chwilowej energii elektronów), Thomson obserwował proporcjonalna zmianę średnicy pierścieni, tak jak to dla obrazów dyfrakcyjnych powstających w sieciach krystalicznych można wyliczyć z równania Bragga.
Eksperymenty te dowiodły, że fale de Broglie'a nie są tylko teoretycznymi koncepcjami ale można je także realnie zaobserwować w praktyce. Wkład Thomsona przy empirycznych badaniach fali elektronów został również doceniony i w 1937 roku za te pionierskie prace Davisson i Thomson wspólnie otrzymali Nagrodę Nobla.
Źródła:
- wikipedia.pl
- gazeta.pl
______________________
Drobna Uwaga: Zdjęcie Krzywej Wieży jest fotomontażem.
Edit: Poprawiłem napis do siódmego eksperymentu. Przepraszam za początkowy błąd.
Użytkownik Ner'zhul edytował ten post 15.03.2008 - 19:56
