Jolán
7 °C
13 °C
Index - In English In English Eng

Texasi tudósok megcáfolták Einsteint

2010.05.21. 16:47
Több, mint egy évszázddal ezelőtt, 1907-ben Albert Einstein az atomi részecskék mozgását tanulmányozva felállított egy teóriát, majd arra a következtetésre jutott, hogy a folyamatos, véletlenszerű mozgást a tudósok soha nem lesznek képesek megmérni, így az elméletet igazolni sem. Texasi tudósok azonban most rácáfoltak erre.

A folyadékok és gázok folyamatos, véletelenszerű mozgását Brown-mozgásnak nevezik Robert Brown skót botanikus után, aki egy kísérlet során felfedezte a jelenséget, amikor virágporszemcséket kevert el vízzel. A XX. század elején ezt a mozgást Einstein is tanulmányozta, és azt az elméletet állította fel, hogy a mozgást a molekulák folyamatos hőmozgása okozza, aminek következtében folyamatosan ide-oda lökdösik egymást. Ezt nevezik ekvipartíciós elméletnek. Éppen a mozgás kaotikus rendszertelensége és a nagyon gyorsan, folymatosan zajló ütközések miatt gondolta azt Einstein, hogy a tudomány soha nem lesz képes pontosan megmérni egy ilyen részecske mozgási vektorait.

Ha azonban egy részecske helyzetét elég gyorsan meg tudják határozni, lehet esély arra, hogy a sebességét is megmérjék, még mielőtt bekövetkezne egy újabb ütközés. Einstein szerint egy ilyen mérés az ütközések között eltelő nagyon kis idő miatt lehetetlen, a Texasi Egyetem Mark Raizen által vezetett kutatócsapata azonban mégis talált egy módot a mérések elvégzésére, legalábbis légnemű közegben - írja a New Scientist.

Mivel a gázokban sokkal ritkábban fordulnak elő a részecskék mint a folyadékokban, az ütközések is ritkábbak, így valamivel könnyebb a méréseket elvégezni. Raizen csapata egy 3 mikrométer széles, azaz porszemnyi méretű, gyöngyszerű szilíciumdarabkát ejtett csapdába két lézersugár segítségével. Abból, hogy a lézersugár mennyire térült el a kis üvegdarabka mozgásának következtében, következtetni tudtak a helyzetére, mielőtt egy ütközés eltérítette volna.

Irány a kvantummechanika

Ezekből az 5 mikroszekundumonként felvett adatokból következtetni tudtak a részecske sebességére is, és bizonyították, hogy az ekvipartíciós elmélet megállja a helyét. "Valóban nagyon nagy előrelépés, hogy képesek vagyunk egy Brown-részecske sebességét ilyen kis időintervallumokban megmérni" – mondta el Christoph Schmidt, a németországi Göttingeni Egyetem munkatára. "Most már technikailag lehetséges, hogy önálló részecskék mozgását kövessük rendkívül nagy idő- és térbeli felbontásban. Végső soron csak az szab ennek határt, hogy hány foton érintkezik adott idő alatt a részecskével."

Raizen azt reméli, a jövőben képesek lesznek arra, hogy vákuumban a lézersugarak segítségével módosítsák a kísérleti részecskék mozgását, és így lelassíthassák azokat, hogy azok így alacsonyabb energiaállapotba kerüljenek. Ez lehetővé tenné a tudósok számára, hogy a részecskéket olyan rendszerben tanulmányozzák, ahol már a kvantumhatások érvényesülnek. Ezáltal lehetővé válna nagyobb méretekben érzékelni a szuperpozíció jelenségét, azaz azt, amikor egy részecske egyszerre tartózkodik a tér több pontján vagy többféle állapotban. Ezen felül az is lehetővé válna, hogy megvizsgálják az ekvipartíciós elmélettől eltérő jelenségeket, a kvantummechanika szabályai szerint létező részecskéknek ugyanis akkor is van kinetikus energiájuk, ha a hőmérséklet nulla fok.

Phil Attard, a Sydney Egyetem fizikusa szerint a kísérlet valódi jelentősége nem abban rejlik, hogy igazolta az ekvipartíciós elméletet, mivel annak érvényességét eddig sem nagyon vitatta senki. Fontosnak tartja viszont azt, hogy a kísérleti módszerek továbbfejlesztésével képessé válhatunk a Brown-részecskék mozgásának nagyobb léptékben való megfigyelésére, illetve előrejelzésére is.