7. Nový fyzikální obraz hmotných objektů mikrosvěta

Částicové vlastnosti hmotných objektů, jež charakterizujeme přiřazením určité hybnosti a energie danému objektu, byly známy již dříve (vzpomeňme si například na popis elektronu při studiu Comptonova jevu či fotoelektrického jevu). Vlnové vlastnosti byly přesvědčivě dokázány v Davissonových-Germerových a mnoha dalších pokusech. Je proto zcela přirozené si položit otázku, podobně jako při studiu vlastností fotonu, zda elektron je částice nebo vlna. Odpověď na tuto lze získat analýzou experimentu, ve kterém byla ostřelována dvojštěrbina svazkem elektronů s určitou hybností. Princip pokusu je obdobný pokusům s interferencí záření procházejícího dvěma štěrbinami (obr. 7-1). Elektrony procházející štěrbinami vytvářejí v souladu s de Broglieho vlnovou hypotézou na fotografické desce interferenční obrazec. Při jeho podrobnějším zkoumání opět vidíme, že se skládá z jednotlivých, téměř bodových zčernání desky. Experimenty s velmi slabým zdrojem elektronů se přesvědčíme, že vlnové vlastnosti elektronů nesouvisí s přítomností většího počtu elektronů ve svazku. Interferenční obrazec vzniká i tehdy, když se v každém okamžiku mezi zdrojem elektronů a stínítkem nachází nejvýše jeden elektron. Z toho vyplývá, že elektron je objekt, který má vlnové i částicové vlastnosti, ale není ani částicí ani vlnou.

Obr. 7-1: Dvojštěrbinový experiment s elektrony je poměrně těžké úspěšně provést, neboť de Broglieho vlnové délky přiřazené elektronům jsou mnohem menší než vlnové délky viditelného světla (interferenční elektronový obraz by měl nepatrné rozměry). Na obrázku je proto kromě výsledku experimentu vyznačeno i schéma uspořádání tohoto pokusu provedeného poprvé C. Jönssonem v roce 1961.

Později byly provedeny experimenty, které potvrdily vlnové vlastnosti dalších hmotných objektů mikrosvěta, jako jsou protony, neutrony, atomy, … .

Elektron a další hmotné objekty mikrosvěta (nazývejme je mikroobjekty) mají částicové i vlnové vlastnosti, ale nejsou to ani částice ani vlny21.


21Je nutné si uvědomit, že mikroobjekty mají některé (ne však všechny) vlastnosti částic a některé (ne však všechny) vlastnosti vln. Tato dvojakost vlastností mikroobjektů se v literatuře někdy označuje jako vlnově-korpuskulární dualismus.

Horní obrázek: obraz difrakce rentgenového záření na hliníkové fólii.
Spodní obrázek: obraz difrakce elektronového svazku na stejné folii.
  1. Jedna poučná anekdota uvádí: Za moudrým rabínem přišli dva sousedé kvůli jakémusi významnému majetkovému sporu. Rabín vyslechl nejdříve prvního a říká: "Máš pravdu." Po jeho odchodu posoudil důvody druhého souseda a opět konstatoval: "Máš pravdu." Když oba odešli, přišla k rabínovi jeho žena a vykřikla: "Rabíne, ty jsi ale popleta! Jak jsi mohl oběma říci, že mají pravdu?" Rabín se zamyslí a odpoví: "Máš pravdu, ženo."

    Popřemýšlejte, zda rabín byl skutečne popleta, zkuste obměnu anekdoty zahrát jako scénku. Jejími postavami budou tři fyzici - experimentátoři. První bude argumentovat, že elektron je vlna. Druhý bude argumentovat, že elektron je částice

    Místo rabína zařaďte do scénky vedoucího ústavu, kde oba experimentátoři pracují.

    1. Zpět