Youngov eksperiment sa elektronima

1.1 Šta je to klasično u vezi klasične fizike?

Sredinom 1920-tih francuski fizičar Lous de Broglie u svojoj doktorskoj disertaciji iznosi hipotezu da su elektroni dualne prirode: nekad pokazuju samo čestična svojstva kao što su masa, brzina, položaj, naelektrisanje i dr. , a nekad samo talasna svojstva. Njegova hipoteza bila je zasnovana na Einsteionovoj teoriji fotoefekta prema kojoj je elektromagnetno zračenje dualne prirode – nekad se ponaša čisto kao elektromagnetni talas, a nekad čisto kao snop čestica, tj. fotona. Ako elektromagnetno zračenje može da se nekad ponaša kao elektromagnetni talas, a nekad kao snop čestica, zašto onda čestice ne bi mogle da se ponašaju kao talasi? De Broglievo rezonovanje dovelo do razvoja nove fizikalne teorije, kvantne mehanike.

De Broglieva hipoteza je potvrđena u eksperimentima sa difrakcijom elektrona na kristalnoj rešetki. Detektovani elektroni na filmu su pokazali jasno uočene difrakcione maksimume, a znamo da su difrakcija i interferencija osobine talasa, kako zvučnih tako i elektromagnetnih talasa. Međutim, ako se elektron ponaša kao talas, a ne kao čestica, kako možemo znati gdje se elektron nalazi. Talas je pojava koja se širi prostorom i nema tačno određeni položaj. Iz iskustva znamo da ako bacimo kamen u vodu, nastaje vodeni talas koji se širi površinom vode. Ne možemo reći gdje se nalazi talas jer će s vremenom on zauzeti cijelu površinu vode. Iz ovog primjera se može vidjeti konceptulani problem u koji je zapala kvantna mehanika u svojim ranim godinama.

Prije nego se uhvatimo u koštac sa ovom centralnom temom kvantne mehanike, vratimo se na trenutak na klasičnu fiziku koja je zasnovana na Newtonovoj mehanici i Maxwellovoj teoriji elektromagnetizma. Šta je to što klasičnu fiziku čini klasičnom? Klasična fizika je zasnovana na tri principa: determinizam, neprekidnost i lokalnost.

Zakoni klasične fizike su zasnovani na diferencijalnim jednačinama koje se rješavaju poznavajući početne i granične uslove. Ovo se najbolje može razumijeti na primjeru kretanja nebeskih tijela. Ako poznajemo silu koja uzrokuje kretanje nekog nebeskog tijela (gravitaciona sila) i ako poznajemo gdje se tijelo nalazilo u nekom početnom trenutku posmatranja, onda na osnovu Newtonovog zakona možemo odrediti gdje će se tijelo nalaziti u bilo kojem budućem trenutku, pa čak i gdje se nalazilo u prošlosti. Na taj način astronomi su u mogućnosti da proračunaju kada nastupa pomračenje Sunca ili neki drugi astronomski događaj. Prema tome, poznavanjem sile i početnog položaja kao i početne brzine možemo u potpunosti odrediti (determinirati) kretanje tijela. Ovo je poznato kao Newton-Leibnizov princip determiniranosti.

Rješenja diferencijalnih jednačina moraju biti “glatke” funkcije, odnosno funkcije koje su neprekidne i dovoljno puta diferencijabilne u prostoru od interesa (princip neprekidnosti).

Princip lokalnosti podrazumijeva da se prenos sile odvija lokalno. Ovo znači da na tijelo djeluju samo tijela koja se nalaze u njegovoj neposrednoj blizini.

Opširnije: Youngov eksperiment sa elektronima