2014-11-26
Kategoria: Nauka

Światło jako cząstka i fala? Jest historyczny dowód (zdjęcie)!

Light-Spatial-Interference-Energy-QuantizationŚwiatło zachowuje się zarówno jak cząstka i jak fala. Nazywamy to korpuskularno-falową naturą światła. Od czasów Einsteina, który wyjaśniając „efekt fotoelektryczny” określił światło jako nie tylko falę, ale również strumień cząstek, naukowcy starali się bezpośrednio zaobserwować obydwa aspekty światła w tym samym czasie. Udało się to dopiero teraz naukowcom z EPFL – École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Federalnej Politechniki w Lozannie). Fizycy po raz pierwszy uwiecznili na jednym zdjęciu dwie natury światła – falową i cząsteczkową.

Fabrizio-Carbone-thumbMechanika kwantowa mówi nam, że światło może zachowywać się jednocześnie jak cząstka i fala. Jednak nigdy nie zostało to eksperymentalnie potwierdzone. Byliśmy w stanie potwierdzić obydwa aspekty światła osobno, ale nigdy w tym samym czasie. Zespół badawczy prowadzony przez Fabrizio Carbone (kontakt) dzięki nowatorskiemu podejściu do tematu, uzyskał pierwszy w historii na jednej fotografii (za pomocą jednego pomiaru) obraz światła jako fali i cząsteczki jednocześnie – grafika poniżej. Przełomową pracę opublikowano w artykule „Simultaneous observation of the quantization and the interference pattern of a plasmonic near-field” w prestiżowym Nature Communications.

Źródło: ScienceDaily.com

Jeszcze na przełomie XIX i XX wieku fizycy byli przekonani, że światło jest falą elektromagnetyczną, która się rozchodzi w wypełniającym przestrzeń eterze, choć kilkaset lat wcześniej wielki Izaak Newton stworzył i popierał swoim autorytetem teorię korpuskularną (zgodnie z nią promienie światła są złożone z małych cząstek, wyrzucanych przez świecące ciała). Po śmierci Newtona jednak eksperymenty z dyfrakcją i interferencją przekonały największych niedowiarków, że światło to jednak fala.

I dopiero Albert Einstein ponownie powrócił do pomysłu Newtona – w swojej słynnej pracy z 1905 roku zasugerował, że istnieją porcje światła, tj. kwanty, które można traktować jak cząsteczki gazu. Wyjaśnił w ten sposób zjawisko fotoelektryczne, które gra dziś wielką rolę w fotokomórkach czy matrycach CCD naszych aparatów komórkowych. Ale nawet wtedy fizycy podejrzliwie traktowali korpuskularną teorię światła – bardziej jako pewien sposób matematycznego opisu zjawiska, niż rzeczywistość. Prof. Andrzej K. Wróblewski w „Historii fizyki” przytacza powiedzenie słynnego duńskiego fizyka Nielsa Bohra, że „nawet jak Einstein prześle mi telegram, zawiadamiając o udowodnieniu istnienia kwantów światła, to ta wiadomość może dotrzeć do mnie tylko za pośrednictwem fal elektromagnetycznych”.

Light-Electromagnetic-Radiation

Zespół Fabrizio Carbone’a, za pomocą ultraszybkiego transmisyjnego mikroskopu elektronowego – jednego z dwóch takich na świecie, wpuścił laserowy impuls światła do metalicznego nanokabla o średnicy 0,00008 mm, położonego na powierzchni grafenu. Światło lasera cały czas dostarczało energii cząsteczkom w nanokablu, powodując, że zaczęły one w „ciasnym” kablu poruszać się w dwóch możliwych kierunkach, w pewnym momencie spotykając się i tworząc falę, która wyglądała jakby stała w miejscu. Ta właśnie fala stała się źródłem światła, promieniując wokół nanokabla. Następnie naukowcy wystrzelili w kierunku nanokabla strumień elektronów, które miały na celu uzyskanie „obrazu” stojącej fali światła. W momencie, gdy elektrony trafiły na światło, wchodziły z nim w interakcję i przyspieszały albo zwalniały. Zespół Carbone’a zdołał określić, w którym miejscu elektrony zwalniały, a gdzie przyspieszały. W ten sposób otrzymano obraz stojącej fali. Gdzie zatem dowód na cząstki światła? Przyspieszanie i zwalnianie elektronów spowodowane było uderzaniem ich w cząsteczki światła – fotony, które albo przejmowały energię elektronów (wtedy elektron zwalniał), albo oddawały własne kwanty energii (elektrony przyspieszały).

W przeszłości przeprowadzano już wiele eksperymentów, jednak dopiero teraz udało się bezpośrednio zaobserwować światło jako falę i strumień cząstek jednocześnie. Fizyka przyznała każdemu z wielkich naukowców – Newtonowi, Bohrowi i Einsteinowi… część racji, uznając, że światło ma naturę mieszaną. Dzięki swej falowej naturze światło ulega interferencji i ugina się na krawędziach – właśnie tę jego cechę wykorzystuje się w pryzmatach, soczewkach czy mikroskopach. Korpuskularna natura światła, czyli zdolność wybijania elektronów – przydaje się zaś w dzisiejszych fotokomórkach i matrycach CCD aparatów fotograficznych czy smartfonów.

Fabrizio Carbone podsumowując wyniki udanego eksperymentu stwierdził, iż po raz pierwszy możemy bezpośrednio zaobserwować naturę światła, a dogłębne badania nad umiejętnością kontrolowania korpuskularno-falowych zjawisk kwantowych w skali nanometra otwierają nam drogę do zbudowania komputerów kwantowych.

Na podstawie: Astropolis.pl, TylkoNauka.pl, Wyborcza.pl. Źródło: Nature.com

Video-Info-Planete

O Autorze

 > John Lennon „Imagine”: Imagine there’s no Countries... Imagine no Possession... Nothing to Kill or Die For... And no Religion too... No Need for Greed or Hunger... A Brotherhood of Man... (Niestety, John, dziś żyjemy w innym świecie. Twoje idee, lepsze czy gorsze, zostały wypaczone). Mahatma Gandhi: Na początku cię ignorują. Potem śmieją się z ciebie. Następnie z tobą walczą. W końcu wygrywasz • Siedem grzechów społecznych: polityka bez zasad, bogactwo bez pracy, przyjemność bez sumienia, wiedza bez osobowości, wiara bez poświęcenia, nauka bez człowieczeństwa oraz handel bez moralności • Religie to różne drogi prowadzące do tego samego celu. Jakaż to jest różnica, którą z nich wybierzemy? Jaki cel więc mają te kłótnie między nami? • Słabi nigdy nie potrafią przebaczać. Przebaczenie jest cnotą silnych • Jakże wielkiej daniny grzechu i błędów wymaga od człowieka bogactwo i władza • Nie znam większego grzechu niż uciskanie słabszych w imieniu Boga • Jest wiele powodów, dla których mogę być przygotowany na śmierć, ale nie ma żadnego, dla którego gotów byłbym zabić. Albert Einstein: Nie ma rzeczywistości samej w sobie, są tylko obrazy widziane z różnych perspektyw • Gdy miałem dwadzieścia lat, myślałem tylko o kochaniu. Lecz później kochałem już tylko myśleć • Tylko dwie rzeczy są nieskończone: wszechświat i ludzka głupota. Co do tej pierwszej istnieją jednak pewne wątpliwości • Nauka bez religii jest kaleka, religia bez nauki jest ślepa • Jestem bardzo głęboko religijnym niewierzącym • Gospodarcza anarchia społeczeństwa kapitalistycznego w jego dzisiejszej formie jest, moim zdaniem, prawdziwym źródłem zła • Wszyscy wokół wiedzą, że czegoś nie da się zrobić. I wtedy pojawia taki, który o tym nie wie, i on właśnie to coś robi • Nie wiem, jaka broń będzie użyta w trzeciej wojnie światowej, ale czwarta będzie na maczugi.



SKOMENTUJ

Zaloguj się i napisz komentarz.

Ruch Lotniczy nad Ziemią 24H

Artykuły w Kategoriach:

Poznaj Chiny

Pogoda

Warszawa
2018-01-17, 05:44
Gwałtowne deszcze
1°C
Odczuwalna: -7°C
Ciśnienie: 99 mb
Wilgotność: 93%
Wiatr: 6 m/s WSW
Prognoza: 2018-01-17
dzień
Gwałtowne deszcze
2°C
noc
Przeważnie pochmurno
-2°C
 

Teleskop Hubble'a