Stīgu teorija: dubultās spraugas eksperiments

Autors Endrjū Cimmermans Džonss, Daniels Robins

Bez kvantu fizikas stīgu teorija nevarētu pastāvēt. Šeit ir apskatīts, kā kvantu teorija ļauj objektiem darboties gan kā daļiņas, gan kā viļņi. Eksperiments, kas pierādīja, ka gaisma darbojas kā vilnis, bija dubultās spraugas eksperiments .



Tas parādīja gaismas staru, kas šķērsoja divus barjeras spraugas, kā rezultātā ekrānā parādījās gaismas un tumšās interferences joslas. Šāda veida iejaukšanās ir viļņu uzvedības pazīme, kas nozīmē, ka gaismai bija jābūt viļņu formā.

Šie iejaukšanās modeļi gaismā tika novēroti Īzaka Ņūtona laikā, Frančesko Marijas Grimaldi darbā. Šos eksperimentus ievērojami uzlaboja jaunais eksperimentētājs Tomass Jangs 1802. gadā.

Lai eksperiments darbotos, gaismai, kas iet caur abām spraugām, ir jābūt vienādam viļņa garumam. Šodien to var paveikt ar lāzeriem, taču Janga laikā tie vēl nebija pieejami, tāpēc viņš izdomāja ģeniālu veidu, kā iegūt vienu viļņa garumu. Viņš izveidoja vienu spraugu un ļāva tai iet cauri gaismai, un tad šī gaisma izgāja caur diviem spraugām.



Tā kā gaisma, kas iet caur abiem spraugām, nāk no viena avota, tās bija fāzē viena ar otru, un eksperiments darbojās. Šī eksperimentālā iestatīšana ir parādīta šajā attēlā.

image0.jpg

Kā redzams attēlā, gala rezultāts ir spilgtu un tumšu joslu sērija pēdējā ekrānā. Tas rodas no gaismas viļņu traucējumiem, kas parādīti šajā attēlā.



image1.jpg

Es iejaukšanās nozīmē, ka jūs pievienojat viļņu amplitūdu. Vietās, kur liela un zema amplitūda pārklājas, tās viena otru atceļ, kā rezultātā rodas tumšas joslas. Ja augstas amplitūdas pārklājas, kopējā viļņa amplitūda ir to summa, un tas pats notiek ar zemām amplitūdām, kā rezultātā rodas gaismas joslas.

Šī duālā uzvedība bija problēma, ar kuru saskārās Einšteina gaismas fotonu teorija, jo, lai arī fotonam bija viļņa garums, pēc Einšteina domām, tā tomēr bija daļiņa! Kā daļiņai varētu būt viļņa garums? Konceptuāli tam nebija īstas jēgas, līdz kāds jauns francūzis piedāvāja atrisināt situāciju.

1923. gadā francūzis Luijs de Brolijs ierosināja drosmīgu jaunu teoriju: matērijas daļiņām bija arī viļņu garumi un tās varēja izturēties kā viļņi, tāpat kā fotoni.