[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Można by zatem sądzić, że otwarcie drugiej szczeliny po prostu zwiększa liczbę elektronów uderzających w ekran, ale w rzeczywistości w niektórych miejscach liczba elektronów maleje z powodu interferencji.Gdy ele­ktrony wysyłane są przez szczeliny pojedynczo, można przypuszczać, że każdy z nich przechodzi tylko przez jedną z dwóch szczelin, a więc zachowuje się tak, jakby druga była zamknięta — zatem rozkład ele­ktronów na ekranie powinien być jednorodny.W rzeczywistości jednak wzór interferencyjny powstaje nadal, nawet jeśli elektrony wysyłane są pojedynczo.Zatem każdy z elektronów musi przechodzić przez obie szczeliny jednocześnie!Zjawisko interferencji między cząstkami ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia struktury atomów — podstawowych jednostek występu­jących w chemii i biologii, cegiełek, z których składamy się my i wszy­stko, co nas otacza.Na początku naszego stulecia uważano, że atomy przypominają układy planetarne, takie jak Układ Słoneczny — elektro­ny (cząstki o ujemnym ładunku elektrycznym) krążą wokół jądra po­siadającego ładunek dodatni.Przyciąganie między ładunkami o różnych znakach miało utrzymywać elektrony na orbitach, podobnie jak przy­ciąganie grawitacyjne utrzymuje planety na ich orbitach wokół Słońca.Kłopot polega na tym, że zgodnie z prawami mechaniki i elektrodyna­miki, uznawanymi przed powstaniem mechaniki kwantowej, elektrony bardzo szybko tracą energię i spadają po spirali na jądro.Wynikałoby stąd, że atomy, a tym samym materia, powinny bardzo szybko osiągnąć stan o ogromnej gęstości.Częściowe rozwiązanie problemu znalazł duń­ski fizyk Niels Bohr w 1913 roku.Według jego hipotezy elektrony mogą poruszać się wokół jądra wyłącznie po orbitach o ściśle określonych promieniach, przy czym po jednej orbicie krążyć mogą najwyżej dwa elektrony.To rozwiązuje problem stabilności, ponieważ elektrony mogą zbliżać się do jądra najwyżej na odległość równą promieniowi wolnej orbity o najniższej energii.Model Bohra wyjaśniał zupełnie dobrze strukturę najprostszego ato­mu, atomu wodoru, w którym zaledwie jeden elektron okrąża jądro.Nie było jednak jasne, jak należy rozszerzyć ten model, by opisy­wał bardziej skomplikowane atomy.Również koncepcja ograniczonego zbioru dozwolonych orbit elektronowych wydawała się niczym nie uza­sadniona.Nowa teoria mechaniki kwantowej rozwiązała te trudności.Zgodnie z nią, elektron okrążający jądro można uważać za falę o dłu­gości zależnej od prędkości elektronu.Długość pewnych orbit odpo­wiada dokładnie całkowitej (a nie ułamkowej) wielokrotności długości fali elektronu.W takim wypadku grzbiet fali elektronu powstaje w tym samym miejscu w trakcie każdego okrążenia, tak że fale dodają się i wzmacniają: takie orbity odpowiadają dozwolonym orbitom Bohra.Jeśli elektron okrąża jądro po orbicie, której długość nie jest równa całkowitej wielokrotności fali elektronu, to każdy grzbiet fali jest wcześ­niej czy później skasowany przez dolinę fali; takie orbity nie są do­zwolone.Zgrabnym sposobem uwidocznienia dualizmu falowo-korpuskularnego jest tak zwana suma po historiach, wprowadzona przez amery­kańskiego uczonego Richarda Feynmana.Odmiennie niż w mechanice klasycznej, cząstce nie przypisuje się jednej historii, czyli trajektorii w czasoprzestrzeni, ale przyjmuje się, że cząstka podróżuje od A do B po wszystkich możliwych drogach.Z każdą trajektorią związane są dwie liczby: jedna przedstawia amplitudę fali, a druga jej fazę (faza określa, czy mamy grzbiet, czy dolinę fali, czy też może jakiś punkt pośredni).Prawdopodobieństwo przejścia z A do B znajdujemy, dodając do siebie fale związane z wszystkimi drogami.Na ogół fazy sąsiadujących tra­jektorii należących do pewnego zbioru znacznie się różnią.Oznacza to, że fale odpowiadające tym trajektoriom kasują się wzajemnie niemal całkowicie [ Pobierz całość w formacie PDF ]