Stof 13-3
Videoles Dr. QM
Dubbelspleetexperiment
Interpretaties deel 1
WebQuest QM interpretaties - deel 2 - Wat is licht? |
 |
 |
De opdracht (deel 2)
De historische ontwikkeling
Zoals we al eerder hebben geleerd vertoont licht zowel deeltjesgedrag als golfgedrag. Dat betekent dat licht zich afhankelijk van het experiment zich op verschillende manieren aan ons voordoet. Dit noemen fysici het duale karakter van licht. Drie eeuwen geleden hadden twee vooraanstaande fysici al een discussie over het gedrag van licht. In het volgende filmpje wordt de discussie tussen beide natuurkundige kort besproken. Er wordt verder gesuggereerd dat de discussie tussen beide in het voordeel van één van beide is beslecht. Kijk kritisch naar het filmpje en beantwoord dan de onderstaande vragen.
Verwerkingsvragen
Einstein beweerde dat licht deeltjesgedrag vertoond en Bohr bestreed deze gedachte.
Young beweerde dat licht een golf was en Newton beweerde dat licht bestond uit deeltjes.
Huygens beweerde dat licht een golf was en Newton zei dat licht bestond uit deeltjes.
Geen van de bovenstaande antwoorden is correct
Het complementariteitsbeginsel
Tegenwoordig zijn de meeste natuurkundige het erover eens dat licht zowel golfeigenschappen heeft (buiging en interferentie) als deeltjeseigenschappen (energie en impuls). Doordat licht beide eigenschappen vertoont spreken we van golf-deeltjesdualiteit ofwel licht heeft een duaal karakter. We kunnen licht in dit geval dus niet vatten in één abstract begrip (golf/deeltje). We hebben twee macroscopische begrippen nodig om de wereld op microscopische schaal te kunnen verklaren. Deze spanning tussen waarnemingen van verschijnselen in de macroscopische en microscopische wereld zorgt dan ook voor problemen bij het interpreteren van de verschillende kwantummechanische fenomenen (b.v. het dubbelspleetexperiment, het foto-elektrisch effect).
Om met deze spanning om te gaan heeft Niels Bohr het complementariteitsbeginsel opgesteld. Kort samengevat komt dit neer op het volgende: bij één verschijnsel (buiging en interferentie vs. absorptie) gedraagt licht zich of als een golf, of als een deeltje. Bij een samengesteld fenomeen wisselen golfgedrag en deeltjesgedrag elkaar steeds af.
De formulering van het complementariteitsbeginsel door Bohr is echter zelf ook een poging om de vraag “wat is licht” te beantwoorden. Bohr geeft dus met het complementariteitsbeginsel zelf ook een interpretatie van het karakter van licht die onderhevig is aan discussie.
Opdracht
Dat niet iedereen het eens is met de interpretatie die Bohr heeft gegeven blijkt uit twee fragmenten van twee natuurkunde professoren die beschrijven hoe zij licht interpreteren.Lees beide fragmenten en beantwoord de vragen.
Professor 1: “Bestaat licht nou uit golven of uit deeltjes? Het antwoord hierop is waarschijnlijk nee, geen van beiden. Licht is geen traditionele golf of deeltje, het is een kwantumobject. Het is voor mij niet belangrijk hoe we het dan noemen. Voor mij, het meest interessante ding is dat we concepten en mathematische modellen hebben die we kunnen gebruiken om berekeningen te doen aan fenomenen die zich voortdoen op microscopische schaal- en voorspellingen te kunnen doen. Dan werkt het erg goed om licht als golf of als deeltje te beschouwen afhankelijk van het gedrag dat we aan het bestuderen zijn in ons experiment.”
Professor 2: “Ik weet niet wat licht is, maar ik zou het wel erg graag willen weten. Kwantummechanica is erg nuttig om berekeningen te doen, ook als het over licht gaat - zonder twijfel. Maar ik geloof dat de ideeën die voortkomen uit het foton model ons niets vertellen over wat licht nou echt is. Mijn filosofisch standpunt is dan ook dat natuurkunde- zo ver als mogelijk- ons zou moeten vertellen wat de Wereld nou eigenlijk is. Het feit dat licht eigenschappen heeft zoals golflengte vertelt ons iets waaraan we niet kunnen ontsnappen. Daarom wil ik dat de natuurkunde een model voor licht heeft waarin de golflengte een essentieel onderdeel is, waarin licht wordt voorgesteld als iets dat echt uitgespreid is in de ruimte en niet gewoon een willekeurig mathematische grootheid zoals in de kwantummechanica.”
Vertaling gedaan door auteur-afkomstig van www.viten.no/eng/
Verwerkingsvragen
Je zou na het lezen van webquest deel 2 moeten inzien dat er al ruim drie eeuwen gediscussieerd wordt over het fundamentele gedrag van licht. De meeste hedendaagse natuurkundigen accepteren op dit moment dat licht een duaal karakter heeft. Uit de bovenstaande fragmenten blijkt dat niet alle natuurkundigen het duale karakter van licht willen accepteren. Beantwoord de volgende vragen om na te gaan of je de verschillende standpunten van de professoren kan onderscheiden: