Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

Η Κβαντική Φυσική κάνει την εμφάνισή της τον 20ο αιώνα με ΔΥΟ ερευνητικά προγράμματα

Το πρώτο παρουσιάζεται το 1905, με την απάντηση που δίνει ο Albert Einstein στο αίνιγμα του φωτοηλεκτρικού φαινομένου και

με τη σχετική του πρόταση για ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΗ του φωτός

και των άλλων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων τα οποία μέχρι τότε οι φυσικοί θεωρούσαν ότι έχουν μόνο κυματικό χαρακτήρα.

Η πρόταση για κυματοσωματιδιακό δυϊσμό της ακτινοβολίας μπορούσε να ερμηνεύσει και την κβάντωση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου την οποία είχε προτείνει το 1900 ο Max Planck . Το βαθύτερο περιεχόμενο του πρώτου αυτού προγράμματος – το οποίο καθυστέρησε αρκετές δεκαετίες να υλοποιηθεί – ήταν «να μπολιάσουμε με κβαντικές θεωρήσεις την Ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell», να δημιουργήσουμε μια συνεπή κβαντική θεωρία για το ηλεκτρομαγνητικό κύμα.

Χρειάστηκαν αρκετές δεκαετίες για την υλοποίηση αυτού του προγράμματος και την τελική οικοδόμηση του QED

Το δεύτερο από τα προγράμματα παρουσιάζεται το 1923, με την απάντηση που δίνει ο Γάλλος Louis de Broglie στο αίνιγμα του μοντέλου του Bohr και με τη σχετική του πρόταση για ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΦΥΣΗ των ηλεκτρονίων αλλά και όλων των σωματιδίων γενικότερα.

Οκτώ χρόνια ( 1913 ) πριν είχαν διατυπωθεί οι αυθαίρετες συνθήκες του Bohr

γεννημένες από την ιδέα ότι

«το «μυστήριο» της ΣΤΑΘΕΡΟΤΗΤΑΣ των ατόμων δεν θα μπορούσε να λυθεί με την κλασική φυσική και ότι η ΚΒΑΝΤΩΣΗ συνιστά τη μοναδική ερμηνεία του»

Στη βασική του ενεργειακή στάθμη το άτομο είναι ευσταθές

για τον απλούστατο λόγο ότι δεν μπορεί να πάει ούτε πιο κάτω (δεν υπάρχει διαθέσιμη ενεργειακή στάθμη)ούτε όμως και πιο πάνω λόγω του μεγάλου ενεργειακού φράγματος που χωρίζει τη βασική στάθμη από την επόμενη.

Δεκαοκτώ χρόνια μετά τη θεώρηση του Einstein για κβάντα φωτός ο Louis de Broglie έκανε τον φαινομενικά αθώο συλλογισμό

«εφόσον ένα τόσο κυματικό πράγμα, όπως το φως, είναι ταυτόχρονα και σωματίδιο,

γιατί ένα τόσο σωματιδιακό αντικείμενο, όπως το ηλεκτρόνιο, να μην είναι και κύμα;»

Και δεν σταμάτησε εκεί. Ισχυρίστηκε ότι αυτό δεν αποτελεί κάποια ιδιοτροπία του ηλεκτρονίου αλλά ότι

κάθε αντικείμενο του Σύμπαντος είναι σωματίδιο-κύμα,

ανεξάρτητα από το γεγονός ότι η κυματικότητά του σε συνήθη αντικείμενα δεν είναι άμεσα ανιχνεύσιμη

Μου φαινόταν σίγουρο ότι

«η κίνηση ενός οποιουδήποτε σωματιδίου συνοδεύεται και από τη διάδοση ενός κύματος»

ΌΛΑ ΤΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΕΧΟΥΝ ΚΑΙ ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΠΑΡΑΛΛΗΛΑ ΜΕ ΤΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ. Είναι σωματίδια και κύματα ταυτόχρονα.

Κάθε σωματίδιο με ΟΡΜΗ p είναι και κύμα με ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ λ = h/p

Ήταν η πρόταση για μια εντυπωσιακή «συγκατοίκηση», μέσα στην ίδια σχέση, του κατ’ εξοχήν εκπρόσωπου της κυματικότητας – του ΜΗΚΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΣ - με την βασική εκπρόσωπο της σωματιδιακότητας, την ΟΡΜΗ.

Το ηλεκτρόνιο έγινε ο βασικός μοχλός της όλης προσπάθειας

Στην εργασία του de Broglie η κυκλική κίνηση του ηλεκτρονίου γύρω από τον πυρήνα θεωρήθηκε ότι ισοδυναμεί με ΣΤΑΣΙΜΟ ΚΥΜΑ, δημιουργημένο από την κυματικότητα του ηλεκτρονίου

Η θεώρηση αυτή οδηγεί στο συμπέρασμα ότι Στροφορμή = nh/2π

συνάγεται δηλαδή η αυθαίρετη ΣΥΝΘΗΚΗ ΚΒΑΝΤΩΣΗΣ της ΣΤΡΟΦΟΡΜΗΣ του Bohr

Η ιδέα δηλαδή πρόσφερε μία εξαιρετική κάλυψη στις αυθαιρεσίες του σχετικού μοντέλου, ενώ συγχρόνως ήταν και ένας έλεγχος της τολμηρής Υπόθεσης.

Τι σήμαιναν όλα αυτά; Μήπως τίποτα περισσότερο από έναν τολμηρό συλλογισμό;

Πως ήταν δυνατόν η επιστημονική κοινότητα να πειστεί για

την κυματικότητα όλων των αντικειμένων;

Η υπόθεση για την κυματικότητα των υλικών σωματιδίων άνοιγε τον δρόμο για να εξηγηθεί το “μυστήριο” της κβάντωσης με την πρόταση ότι

η ΚΒΑΝΤΩΣΗ είναι συνέπεια

του ΚΥΜΑΤΟΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΟΥ ΔΥΪΣΜΟΥ

Το λογικό σχήμα στο σύνολό του ήταν

η ΣΤΑΘΕΡΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΑΤΟΜΩΝ οφείλεται στην ΚΒΑΝΤΩΣΗ η οποία με τη σειρά της οφείλεται στον ΚΥΜΑΤΟΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΟ ΔΥΪΣΜΟ

ΣΤΑΘΕΡΟΤΗΤΑ των ατόμων >

ΚΒΑΝΤΩΣΗ >

ΚΥΜΑΤΟΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΟΣ ΔΥΪΣΜΟΣ

Τρία χρόνια μετά την εμφάνιση της Υπόθεσης De Broglie προτάθηκε ως θεωρητικό θεμέλιο

η εξίσωση Schrödinger και αμέσως μετά η λεγόμενη πιθανοκρατική ερμηνεία σύμφωνα με την οποία η συνύπαρξη κυματικών και σωματιδιακών χαρακτηριστικών σε ένα σωματίδιο όπως το ηλεκτρόνιο είναι δυνατή μόνο με την ερμηνεία του κύματος ως κύματος πιθανότητας.