CCF20090213049

przełomie wieków dziewiętnastego i dwudziestego. Doświadczenia polegały między innymi na badaniu promieniowania światła emitowanego przez ciało doskonale czarne.

Planck otrzymał dziwne wyniki. Do czasu jego eksperymentów fizycy zakładali, że światło jest falową formą energii, podobnie jak dźwięk. Mnóstwo doświadczeń potwierdzało to założenie, ponieważ światło dawało prążki interferencyjne, które wskazywałyby na jego falową naturę. Liczby otrzymane przez Plancka jednak dawały się wytłumaczyć wyłącznie wtedy, gdyby światło nie rozchodziło się w postaci ciągłej fali, ale małymi porcjami w postaci przypominających cząstki „pakietów”, które Planck nazwał kwantami.

Jeśli światło naprawdę rozchodzi się w kwantach, to jak one powstają? Ponieważ światło jest energią, którą emituje materia, jego rozchodzenie musi w końcu prowadzić do uwalniania się energii z poziomu atomów. Mechanizm tego procesu jest ciągle wyjaśniany, ale podstawowa teoria jest taka, jak podana przez Nielsa Bohra, duńskiego fizyka, który zaadaptował kwantową teorię Plancka do modelu atomu zaproponowanego w drugiej dekadzie XX wieku.

Zgodnie z tym modelem każdy atom przypomina miniaturowy Układ Słoneczny z jądrem w miejscu Słońca i elektronami zamiast planet, krążącymi wokół jądra. Według Bohra elektrony krążą wokół jądra atomowego po określonych i stałych orbitach. Jeśli dostarczymy atomowi energii, możemy wzbudzić jego elektrony, powodując, że przeskoczą z jednej orbity na inną, ale nigdy nie zajmą pozycji pośredniej - nawet nie można o nich powiedzieć, że „istnieją” gdzieś pomiędzy orbitami - znikają na jednej orbicie i pojawiają się na drugiej. Kiedy usuniemy zewnętrzny „bodziec”, elektron przeskoczy z powrotem na swoją początkową orbitę, wyproinieniowując w tym procesie energię.

Jest to słynny przeskok kwantowy, po raz pierwszy opisany przez Bohra w roku 1913 - kiedy elektron przeskakuje z zewnętrznej orbity na wewnętrzną, energia jest uwalniana w formie kwantu światła (zwanego fotonem). Raptowność tej zmiany energii i fakt, że elektrony dokonują zmiany jednej pozycji na drugą bez przechodzenia pomiędzy nimi, tłumaczy użycie wyrażenia „przeskok kwantowy”.

Chociaż teoria Bohra sprawdza się w wielu zjawiskach, nie można jej potwierdzić obserwacją. Nie można po prostu umieścić atomu pod mikroskopem i zobaczyć, jak elektrony skaczą. W związku z teorią Bohra pojawiło się wiele innych. Najważniejsze zostały opracowane w Kopenhaskim Instytucie Fizyki Teoretycznej, gdzie Werner Heisenberg dokonał swoich największych odkryć i gdzie Erwin Schrodinger zaproponował radykalną zmianę budowy modelu atomu. Dalszy ciąg historii w kolejnym rozdziale.

Zasada nieoznaczoności

Od niepewności wyszliśmy i do niepewności powróciliśmy. Zasada nieoznaczoności Wernera Heisenberga na ogól ludziom niewiele mówi: zapytaj 100 osób, a 60 odpowie, że nie wie, 30 wzruszy ramionami, a 10 rzuci coś w rodzaju: „Zmieniamy świat, obserwując go”, co nie jest jednak całkiem prawdziwe. Jak na ironię, Heisenberg miał nadzieję zmniejszyć zakłopotanie, które rodzą współczesne teorie fizyczne - a w szczególności fizyka kwantowa.

Zasada nieoznaczoności mówi przede wszystkim, że nie ma sposobu, aby dokładnie zmierzyć najważniejsze parametry cząstek elementarnych (np. pęd łub położenie lub energię i C2as). Czyli że im precyzyjniej mierzymy jedną własność - powiedzmy pęd elektronu - tym mniej dokładnie możemy określić inną - w tym wypadku jego położenie. Im bardziej będziemy pewni jednego, tym mniej drugiego.

Heisenberg odkrył ten smutny fakt, usiłując poradzić sobie z konkurencyjną teorią światła. Zgodnie z teorią kwantową Bohra, którą Heisenberg preferował, kiedy elektrony przeskakują z poziomu wyższego na niższy, emitują kwanty światła. Zgodnie z innymi teoriami, takimi jak teoria Erwina Schrodingera (tego od

101