"Apa itu cahaya? Model atom Bohr
Meskipun atom sangat kecil, orang Yunani Leucippus dan muridnya Democritus sudah menduganya pada abad ke-5 SM. keberadaan blok bangunan "tak terpisahkan" (atomos) dari semua materi dan mendirikan ajaran yang disebut atomisme. Selama berabad-abad, ide ini terus-menerus dipikirkan kembali, ditentukan, dan disempurnakan. Namun, teori atom pertama berdasarkan pengamatan reaksi kimia baru ditetapkan pada awal abad ke-19 oleh ahli kimia dan fisikawan Inggris John Dalton (1766-1844), yang dikenal sebagai teori atom kimia. Segera setelah itu, para ilmuwan menggali lebih dalam dan lebih dalam ke dalam mikrokosmos: pada tahun 1874, berdasarkan temuan Michael Faraday (1791-1867), George Johnstone Stoney mendalilkan pembawa muatan listrik, yang ia baptiskan pada tahun 1891 dengan nama "elektron" (Yunani untuk kuning).
Atom, elektron, dan partikel kuantum lainnya berperilaku secara fundamental berbeda dari yang kita ketahui dari kehidupan kita sehari-hari. Mereka memiliki sifat partikel dan gelombang, masa depan mereka benar-benar tidak pasti dan bahkan ketika diukur sekarang, hasilnya tidak selalu tepat.
Tidak hanya cahaya, tetapi elektron individu dapat membuat pola interferensi ketika melewati celah ganda. Akira Tonomura dari Hitachi Advanced Research Laboratory di Jepang melakukan eksperimen semacam itu. Di sini Anda dapat melihat pelat foto yang digunakan setelah delapan, 270, 2000, dan 60.000 elektron. Pola intensitas garis-garis terang dan gelap dapat terlihat dengan jelas.
Pola interferensi elektron.Materi yang kita ketahui terdiri dari atom, elektron, dan partikel kuantum lainnya. Namun hukum yang berlaku di dunia mikroskopis partikel dan dunia makroskopik tubuh tidak bisa lebih berbeda. Keunikan partikel kuantum sangat mengesankan dalam eksperimen celah ganda: berkas elektron mengenai celah dengan dua celah sempit paralel, menembusnya dan mendarat di pelat fotografi yang dipasang di belakangnya. Setiap partikel yang mengenainya menghitamkan pelat di mana ia mengenainya, meninggalkan titik hitam yang mudah dilokalisasi.
Elektron berperilaku tidak berbeda dari partikel makroskopik seperti butiran pasir dan dengan demikian menunjukkan sifat partikelnya. Namun, setelah jumlah tumbukan yang cukup, perbedaan penting menjadi jelas: sementara butiran pasir membentuk dua tumpukan terpisah di belakang celah ganda karena mereka terbang melalui celah kiri atau kanan, elektron pada pelat foto menghasilkan pola penghitam terstruktur. terdiri dari garis-garis intensitas yang berbeda ada (lihat gambar di sebelah kanan).
Apa yang disebut pola interferensi ini diketahui dari gelombang cahaya atau air jika melewati celah ganda yang serupa. Dan memang, munculnya pola tumbukan elektron dapat digambarkan dengan menggunakan teori gelombang. Berbeda dengan butiran pasir, elektron memiliki sifat gelombang. Kebetulan, ini berlaku sama untuk partikel kuantum lain seperti proton, neutron, atom dan bahkan fullerene - molekul kompleks yang terdiri dari 60 atom karbon. Mereka semua menghasilkan pola interferensi karakteristik dalam eksperimen celah ganda. Pendekatan fisik klasik gagal menjelaskan "dualitas gelombang partikel" ini.
Hanya mekanika kuantum Werner Heisenberg, Erwin Schrodinger dan lainnya yang memberikan konsep untuk dipahami: Partikel kuantum harus dijelaskan oleh fungsi gelombang! Pada tahun 1929, fisikawan Jerman Max Born mengusulkan interpretasi probabilistik dari fungsi gelombang mekanika kuantum. Lebih tepatnya, kuadrat dari fungsi gelombang ini sesuai dengan probabilitas dimana sebuah partikel saat ini berada di lokasi ini atau itu, yaitu akan diukur di sana.
Untuk percobaan celah ganda, ini berarti sebelum elektron mengenai pelat foto dan posisinya dapat dianggap diukur dengan penghitaman lokal, hanya probabilitas tertentu yang dapat diberikan untuk keberadaan partikel ini - dan ini dapat dihitung menggunakan fungsi gelombang elektron Kebetulan, ini umumnya sangat luas secara spasial; Pada prinsipnya, elektron dari eksperimen celah ganda tetapi kemungkinan ini dapat diabaikan. Sebaliknya, kemungkinan besar elektron akan bergerak melalui salah satu dari dua celah jika fungsi gelombangnya merambat ke arah ini. Jika ini dilakukan secara tegak lurus terhadap bukaan dan secara simetris terhadap dua celah di dalamnya, peluang berada di setiap celah adalah 50 persen. Di belakang lubang, gelombang parsial dari dua celah ditumpangkan - seperti dalam gelombang air atau cahaya - dan membentuk pola interferensi di sana melalui penguatan timbal balik dari puncak gelombang dan pembatalan di palung gelombang.
Untuk probabilitas kehadiran, yang dihasilkan dari kuadrat fungsi gelombang, ini berarti elektron lebih mungkin untuk menyerang pada titik-titik di mana gelombang parsial diperkuat daripada pada titik-titik di mana gelombang parsial hampir dihilangkan. Tepatnya di mana pada pelat foto sebuah elektron kemudian benar-benar "mewujud" - yaitu bintik hitam nyata dibuat di pelat foto - hanya ditentukan pada saat tumbukan dan tidak dapat diprediksi.