แม้จะมีความแปลกประหลาดที่สวนทางกับสัญชาตญาณ แต่กลศาสตร์ควอนตัมก็เป็นหนึ่งในทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดตลอดกาล นอกเหนือจากการสร้างรากฐานของความเข้าใจเกี่ยวกับอะตอมและอนุภาคย่อยของอะตอมแล้ว ยังได้ก่อให้เกิดโฮสต์ของเทคโนโลยีตั้งแต่เลเซอร์และทรานซิสเตอร์ไปจนถึงการเข้ารหัสแบบควอนตัมและคอมพิวเตอร์ควอนตัม แต่กลศาสตร์ควอนตัม
ไม่ได้ถูกมองว่า
สูงเสมอไปในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 เมื่อเรื่องนี้เพิ่งเริ่มต้นขึ้น นักวิทยาศาสตร์หลายคนไม่เชื่อในทฤษฎีใหม่นี้ ในบรรดาผู้สงสัยคือออตโต สเติร์น ผู้ซึ่งร่วมกับเพื่อนนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน วอลเธอร์ เกอร์แลค ได้คิดค้นการทดลองที่โด่งดังในขณะนี้เพื่อหักล้างทฤษฎีนี้
ดำเนินการเมื่อ 100 ปีที่แล้ว การทดลองเกี่ยวข้องกับนักฟิสิกส์สองคนโดยใช้ลำแสงของอะตอมเพื่อทดสอบผลลัพธ์ที่ดูเหมือนแปลกประหลาดของกลศาสตร์ควอนตัมที่เรียกว่า “การควอนตัมอวกาศของโมเมนตัมเชิงมุม” เมื่อมันเกิดขึ้น การตีความเริ่มต้นของการทดลองได้รับการพิสูจน์แล้วว่าผิด
แต่งานของพวกเขาได้กระตุ้นการพัฒนาทฤษฎีควอนตัม และในปัจจุบัน “การทดลองของสเติร์น-เกอร์ลาค” ถือเป็นคลาสสิกของฟิสิกส์สมัยใหม่การทดลองของสเติร์น-เกอร์ลาคเป็นศูนย์กลางของปริศนาเชิงมโนทัศน์ที่น่านับถือของกลศาสตร์ควอนตัม ตั้งแต่หลักการความไม่แน่นอนไปจนถึงสิ่งพัวพัน
เบรติสลาฟ ฟรีดริช สถาบัน Fritz Haber กรุงเบอร์ลิน“มันเป็นศูนย์กลางของปริศนาเชิงแนวคิดที่น่านับถือของกลศาสตร์ควอนตัม ตั้งแต่หลักการความไม่แน่นอนไปจนถึงความพัวพัน” เบรติสลาฟ ฟรีดริช นักฟิสิกส์จากสถาบันฟริตซ์ ฮาเบอร์ในกรุงเบอร์ลิน ผู้เขียนบทความเกี่ยวกับการทดลอง
และชีวิตของสเติร์นและเกอร์ลาคอย่างกว้างขวาง กล่าว เขากล่าวว่าการทดลองนี้ได้รับการต้อนรับด้วย “ความประหลาดใจอย่างแท้จริง” ในปี 1922 และยังคงทำให้นักฟิสิกส์ประหลาดใจจนถึงทุกวันนี้ความแปลกประหลาดของควอนตัมเกิดในปี พ.ศ. 2431 ในเมือง Sohrau
ของปรัสเซียน
(ปัจจุบันคือเมืองŻoryในโปแลนด์) สเติร์นเป็นนักเคมีเชิงกายภาพโดยการฝึกอบรม ซึ่งจบปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัย เกี่ยวกับแรงดันออสโมติกของสารละลายคาร์บอนไดออกไซด์ ในปี 1912 เขาย้ายไปในกรุงปราก ซึ่งประจำอยู่ที่นั่นในขณะนั้นสนใจ การเข้าร่วมเป็นวิทยากรของไอน์สไตน์ในปราก
แนวคิดเหล่า นี้รวมถึงแบบจำลองอะตอมในยุคแรกๆ ของ Niels Bohr ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของสิ่งที่ปัจจุบันเรียกว่า”ทฤษฎีควอนตัมแบบเก่า” ปัจจุบันเป็นที่คุ้นเคยในฐานะตัวแทนพื้นฐานของอะตอม แบบจำลองบอร์อธิบายว่าอะตอมเป็นนิวเคลียสที่มีประจุบวกหนาแน่นซึ่งโคจรรอบด้วยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ
ตามฟิสิกส์คลาสสิก อิเล็กตรอนดังกล่าวควรแผ่พลังงานและหมุนวนเข้าสู่นิวเคลียสในเวลาไม่กี่พิโกวินาที เนื่องจากสิ่งนั้นไม่ได้เกิดขึ้นจริง Bohr แก้ปัญหานี้โดยการจำกัดอิเล็กตรอนให้อยู่ในวงโคจรของอะตอมที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งเรียกกันทั่วไปว่าวงโคจรการหาปริมาณวงโคจรทำให้บอร์สามารถอธิบาย
ปรากฏการณ์ที่ทำให้นักฟิสิกส์และนักเคมีงงงวยมานานหลายทศวรรษ นั่นคือข้อเท็จจริงที่ว่าอะตอมดูดซับและเปล่งแสงเฉพาะในช่วงความยาวคลื่นแสงที่แยกจากกัน ในตอนแรกแบบจำลองของ Bohr ดูเหมือนจะเป็นความคิดที่ถูกต้อง เพราะมันทำให้เขาสามารถจำลองสูตรสำหรับความยาวคลื่นเหล่านี้
ที่ได้รับมาในปี 1888 นักฟิสิกส์ชาวสวีเดน สูตรให้ความยาวคลื่นเป็นชุดของจำนวนเต็ม ซึ่งตอนนี้เราเข้าใจว่าเป็นเลขควอนตัมหลักของออร์บิทัลของอะตอมและต่อมาที่ ETH ซูริก ซึ่งทั้งคู่ย้ายไปในปีถัดมา สเติร์นได้สัมผัสกับแนวคิดแรกเริ่มของกลศาสตร์ควอนตัมอย่างรวดเร็ว
ในปี พ.ศ. 2463
สเติร์นเข้าร่วมในแฟรงก์เฟิร์ตโดยเกอร์แลค ผู้ซึ่งเช่นเดียวกับสเติร์นก็เคยร่วมรบในสงครามโลกครั้งที่หนึ่งเช่นกัน Gerlach ได้มีส่วนร่วมในการทดลองลำแสงปรมาณูด้วยความสนใจในคุณสมบัติของอะตอมในของแข็งแม่เหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Gerlach ต้องการดูว่าอะตอมมีโมเมนต์แม่เหล็กหรือไม่
และเริ่มคิดเกี่ยวกับการทดลองเกี่ยวกับลำแสงบิสมัทอะตอมที่เดินทางผ่านบริเวณที่มีสนามแม่เหล็กไม่เท่ากันสามารถอ่านโฟตอนที่เก็บไว้เป็นเวลาหลายร้อยนาโนวินาที ซึ่งเป็นระยะเวลาเพียงเล็กน้อยในระดับมนุษย์ แต่เป็นเวลานานสำหรับพัลส์โฟตอนที่ใช้ในการทดลอง ซึ่งเป็นเพียง ยาวไม่กี่นาโนวินาที
หากอะตอมมีโมเมนต์แม่เหล็กแบบไดโพล Gerlach ให้เหตุผลว่าอะตอมจะได้รับแรงบิดเนื่องจากสนามแม่เหล็กและจะหมุน แต่ถ้าสนามแม่เหล็กไม่สม่ำเสมอ แรงที่ปลายด้านหนึ่งของไดโพลจะแรงกว่าแรงบิดที่ปลายด้านตรงข้าม นั่นจะนำไปสู่แรงลัพธ์บนอะตอม ซึ่งจะหักเหเมื่อมันบินผ่านสนามแม่เหล็ก
ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ด้วยขนาดของการเบี่ยงเบนจะเผยให้เห็นขนาดของโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอม
ในปี 1921 สเติร์นตระหนักว่าการทดลองดังกล่าวจะเป็นวิธีที่ดีในการทดสอบการหาปริมาณอวกาศ หากอะตอมมีโมเมนต์แม่เหล็กที่สามารถชี้ไปในทิศทางใดก็ได้ (ตามที่ฟิสิกส์คลาสสิกแนะนำ)
ลำแสงของอะตอมจะขยายออกอย่างต่อเนื่องเมื่อผ่านสนามแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม หากโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมถูกวัดปริมาณในอวกาศ โดยชี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม (ขึ้นและลง) ไปตามสนามที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ลำแสงของอะตอมก็จะแยกออกเป็นสองส่วน
เป็นผลให้อะตอมที่ขึ้นและลงจะเบี่ยงเบนไปในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งเป็นหลักฐานที่ชัดเจนสำหรับการหาปริมาณในอวกาศ สเติร์นมั่นใจในความคิดของเขามากว่าเขาตีพิมพ์บทความในวารสาร ( 7 249)ซึ่งนำเสนอการคำนวณอย่างพิถีพิถันโดยอธิบายว่าสามารถทำได้โดยใช้ลำแสงของอะตอมเงิน Gerlach เชื่อมั่นและเริ่มสร้างเครื่องมือของเขาในปี 1921 Stern (นักทฤษฎี) และ (นักทดลอง)
Credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
