Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 5. 5 februari 1952 - Vad är en elementarpartikel? av SHl
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
12 februari 1952
109
Vad är en elementarpartikel?
530.145 : 539.15
Atomteorin i sin senaste form kallas kvantmekanik. Den
omfattar utom materia all slags strålning — helt enkelt
alla former av energi, då även materia numera anses vara
sådan. "Atomerna" är elektroner, protoner, fotoner,
me-soner osv. och kallas med ett gemensamt namn
elementarpartiklar.
Vågor och partiklar
Den bild av den materiella världen, som man gjorde sig
i början av 1900-talet, bestod av två huvuddelar, vågor
och partiklar. De förra representerades av
elektromagnetisk energi, de senare av materia, som ansågs uppbyggd
av partiklar. Man kände även till strålar av partiklar,
såsom katodstrålar, kanalstrålar, oc- och /^-strålar.
Partiklarna kunde utsända och absorbera vågor; elektronerna i
katodstrålar utsänder t.ex. röntgenstrålar, när de bromsas
ned av atomer. Skillnaden mellan partiklar och vågor
ansågs emellertid lika stor som mellan en violin och det ljud,
denna avger, men i den nuvarande bilden har denna
principiella olikhet försvunnit.
Man har nämligen upptäckt, att alla partiklar även har
vågor och omvänt. Ingendera av föreställningarna kan
förkastas, utan de måste i stället förenas. Vilken synpunkt,
som överväger, bestäms ej av det fysikaliska fenomenet
utan av den experimentella anordning, som används vid
undersökning av det. En katodstråle efterlämnar t.ex. i en
dimkammare smala från varandra skilda spår, som måste
ha gjorts av enstaka partiklar, men samma stråle ger, när
den passerar genom kristaller, diffraktionsmönster, som
måste tänkas uppstå genom interferens av vågor.
Det finns ett stort experimentellt bevismaterial för
uppfattningen, att våg- eller partikelegenskaper aldrig
existerar ensamma utan alltid tillsammans. De är olika uttryck
för samma fenomen, och deras förening är icke lös eller
ytlig, men både våg- och partikelbegreppet måste
modifieras betydligt, för att en verklig förening av dem skall
uppnås.
Vågorna får icke, säger man nu, betraktas som verkliga.
Det är visserligen sant, att de ger interferensfenomen, dvs.
att de har en egenskap, som en gång undanröjde alla
tvivel om ljusets verkliga vågnatur, men man anser nu, att
alla vågor — även ljus — skall uppfattas som
"sannolikhetsvågor". Härmed menas, att de blott är ett
matematiskt redskap vid beräkning av sannolikheten för att
finna en partikel i en viss punkt, t.ex. sannolikheten för
att en elektron vid fotografering av ett diffraktionsmönster
skall träffa filmen inom ett bestämt litet område.
Diffrak-tionsmönstret skall alltså uppfattas som ett statistiskt
diagram över de elektroner, som passerat kristallen. I detta
sammanhang kallas vågorna ibland "styrande", men deras
styrning av partiklarna får ej betraktas som fast — den
består blott av sannolikheter. Diffraktionsmönstrets skärpa
beror på att elektronerna är så oerhört många.
En partikels tillstånd i ett visst ögonblick skall enligt
klassisk mekanik definieras genom angivande av dess läge
och hastighet, dvs. av dess koordinater i ett visst system
och tidsderivatan av dessa. Enligt den nya teorin kan
endera av de båda storheterna läge och hastighet anges med
hur stor noggrannhet som helst, under förutsättning att
ingen hänsyn tas till den andra, men båda kan icke
samtidigt anges med absolut noggrannhet. Man kan icke ens
tänka sig, att båda verkligen har fullt exakta värden i
samma ögonblick — de gör varandra oskarpa. I princip
är produkten av osäkerheterna i läges- och
hastighetsbestämning en viss konstant.
Referat av uppsats av e Schrödinger i Endeavour juli 1950.
Osäkerhets principen
För en elektron är denna konstant ca 1, om man
använder centimeter och sekund som enheter. Om därför en
elektrons hastighet anges med så god tolerans som 1 cm/s,
kan dess läge ej anges med mindre tolerans än 1 cm. Det
underliga är icke den bristande noggrannheten, ty
partiklar kan vara ting med vag och föränderlig
utsträckning, inom vilken hastigheten kan variera något, men då
skulle ett exakt läge sannolikt innebära en exakt definierad
hastighet och omvänt. Det är emellertid tvärtom.
Den osäkerhetsrelation, som uttrycks med detta
märkliga påstående, förenas med andra delar av teorin på två
sätt. Man kan fastställa, att en partikel är ekvivalent med sin
styrande våg och att den därför saknar alla andra
egenskaper än dem, som anges av vågen enligt en viss kod. Denna är
enkel nog: Toleransen i partikelns läge bestäms av en viss
våggrupps utsträckning och toleransen i hastighet av
"vågtalet", varmed menas inverterade värdet av våglängden.
Mot varje vågtal svarar en viss hastighet, som är
proportionell mot det.
Enligt det andra betraktelsesättet granskas den
experimentella metodiken vid bestämning av en partikels läge
och hastighet. Varje mätning måste innebära ett
energiutbyte mellan partikel och mätinstrument. Detta medför
en störning av partikelns beteende, som ej kan minskas
hur mycket som helst. Man påstår därför, att när den ena
av de båda storheterna mäts, växer instrumentets inverkan
på den andra med mätningens noggrannhet. Ju
noggrannare t.ex. en partikels läge mäts, desto större blir
osäkerheten vid mätning av dess hastighet.
Enligt båda förklaringarna beror osäkerheten i
mätningarna icke på partikelns natur utan på det vetande, som
det är möjligt att erhålla. Säger man, att en fysikalisk
storhet förändras vid mätningen, förutsätter man
nämligen, att den har bestämda värden före och efter
mätningen. Säger man, att vågen anger sannolikheten att finna
en viss partikel i punkterna A eller B eller C osv., tycks
detta innebära, att den i verkligheten är i en av dessa
punkter. Motsvarande gäller för partikelns hastighet.
Enligt nuvarande uppfattning existerar emellertid varken
läge eller hastighet i ett visst ögonblick som oföränderliga,
objektiva realiteter. Man lägger betoningen på "finna", och
man låter förstå, att mätanordningen har bragt partikeln
till den punkt, där den iakttas, medan dess hastighet
samtidigt störts. Detta innebär icke, att hastigheten hade ett
visst värde före mätningen; man har blott ändrat
sannolikheten för att finna det ena eller andra värdet på
hastigheten vid dennas mätning.
I jämförelse med äldre uppfattning minskar
osäkerhets-relationen alltså de upplysningar om en partikel, som står
att få. Vi får inte tro, att den klassiska uppfattningens mer
uttömmande beskrivning av det, som verkligen sker i den
fysikaliska världen, är tänkbar men i praktiken
oupp-nåbar. Härav följer dock icke, att vi måste uppge tanken
på att tala om och reflektera över, vad som händer.
Situationen torde vara följande. Vi har från äldre teorier
övertagit begreppet partiklar och hela den tekniska
vokabulär, som rör dem. Begreppet är emellertid otillräckligt,
och språket driver oss därför att fråga efter ting, som
tydligen saknar mening. En riktig bild av förhållandena får
icke ge en sådan oroande eggelse — den måste vara
oförmögen att antyda mer, än som i själva verket existerar. De
flesta vetenskapsmännen tycks emellertid tro, att en sådan
bild icke kan åstadkommas, och man kan naturligtvis som
bekräftelse påpeka, att någon icke heller uppfunnits.
(Denna uppsats ändrar tyvärr ej denna situation.)
Bortser man från de uppenbara svårigheterna, kan
orsaken till att ingen tillfredsställande bild ännu givits, vara
den utväg, som gavs av den positivistiska filosofin. Denna
tycktes nämligen befria vetenskapsmännen från att söka
uppnå verklig förståelse och misstänkliggjorde dessutom
alla försök i sådan riktning såsom ofilosofiska.
Osäkerhetsrelationen gäller emellertid partikeln, och den-
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
