ΙΣΤΟΡΙΑ, ΦΙΛΟΣΟΦΙΑ & ΔΙΔΑΚΤΙΚΗ

Αρχική » Νταής Φώτης

Νταής Φώτης

Το πείραμα Stern-Gerlach. Η επιβεβαίωση μιας λανθασμένης θεωρίας 

Το 1922, οι δύο Γερμανοί φυσικοί Otto Stern (1888-1969) και Walther Gerlach (1889-1979) δημοσίευσαν μια εργασία για ένα πείραμα που είχαν πραγματοποιήσει στο Πανεπιστήμιο της Φρανκφούρτης. Το πείραμα συνίστατο στην εκτροπή μιας δέσμης από ουδέτερα άτομα αργύρου εντός ενός μη ομογενούς μαγνητικού πεδίου και είχε στόχο την επιβεβαίωση μια κβαντικής θεωρίας, την κβάντωση του χώρου. Σύμφωνα με αυτήν, η μαγνητική διπολική ροπή του ηλεκτρονίου (η οποία σχετίζεται με την τροχιακή ορμή ή στροφορμή του ηλεκτρονίου) αποκτά δύο διακριτούς προσανατολισμούς εντός ενόςμμη ομογενούς μαγνητικού πεδίου σε αντίθεση με την πρόβλεψη της κλασσικής φυσικής των τυχαίων προσανατολισμών της μαγνητικής ροπής εντός του πεδίου. Η κβάντωση των προσανατολισμών της στροφορμής ή/και της μαγνητικής ροπής είχε προβλεφθεί θεωρητικά από τα ατομικά πρότυπα των Bohr και Sommerfeld. Επομένως, το πείραμα θα επιβεβαίωνε έμμεσα και την εγκυρότητα των συγκεκριμένων ατομικών προτύπων. Το αποτέλεσμα του πειράματος, δικαίωσε την κβαντική θεωρία και τα ατομικά πρότυπα της εποχής. Το διπλό ίχνος που αποτυπώθηκε στην ψυχρή πλάκα του ανιχνευτή της συσκευής έδειξε το σπάσιμο της ακτίνας των ατόμων αργύρου σε δύο συνιστώσες που αντιστοιχούσαν στους διακριτούς προσανατολισμούς της μαγνητικής ροπής του μονήρους ηλεκτρονίου ως προς το άνυσμα της έντασης του μαγνητικού πεδίου. Το ίδιο πείραμα επανέλαβαν αρκετές φορές οι δύο ερευνητές με το ίδιο πάντα αποτέλεσμα. Μια διπλή γραμμή. Το πείραμα ήταν αναμφίβολα σωστό, ή ερμηνεία που δόθηκε στο αποτέλεσμα του πειράματος ήταν προβληματική. Τέσσερα χρόνια μετά τη δημοσίευση του άρθρου αποδείχτηκε ότι η η ερμηνεία ήταν λάθος και ότι το σπάσιμο της ακτίνας οφειλόταν στο σπιν του ηλεκτρονίου που την εποχή που πραγματοποιήθηκε το πείραμα ήταν άγνωστο.

Το πείραμα SternGerlach αποτελεί ένα από τα πιο δημοφιλή πειράματα της φυσικής και έχει γίνει αντικείμενο πολλών επιστημονικών συζητήσεων και εφαρμογών που φτάνουν μέχρι τις μέρες μας και έχει βρει τη θέση του σε πολλά σύγχρονα διδακτικά εγχειρίδια της φυσικής. Εκεί δίνεται έμφαση στην ερμηνεία του πειράματος, η οποία όμως τίθεται στο πλαίσιο της σύγχρονης κβαντικής θεωρίας για το σπιν του ηλεκτρονίου. Όμως, το πείραμα SternGerlach έχει μια ευρύτερη επιστημολογική διάσταση, ώστε να το περιορίσει κανείς στα στενά πλαίσια της διδακτικής του σπιν του ηλεκτρονίου. Η ιστορική διαδρομή του πειράματος SternGerlach είναι πιο περίπλοκη και αποτελεί ένα ιδιαίτερο υπόδειγμα απεικόνισης ενός φαινομένου στην ιστορία του πειράματος με πολλές φιλοσοφικές προεκτάσεις.

Η μεθοδολογία της παρουσίασης περιλαμβάνει: (1) μια σύντομη αναφορά στο πείραμα και την ερμηνεία που δόθηκε εκείνη την εποχή, (2) η σύγχρονη ερμηνεία του πειράματος, (3) το ιστορικό αφήγημα για τα κίνητρα που οδήγησαν τους Stern και Gerlach στη σύλληψη και την πραγματοποίηση του πειράματος και (4) τις φιλοσοφικές προεκτάσεις που ενδεχομένως συνοδεύουν το πείραμα.