DAS Welle-Teilchen-Dualität es ist eine inhärente Eigenschaft der Natur sowohl für Teilchen als auch für Wellen. Die duale Natur kann durch Experimente beobachtet werden, wenn die Partikelverhalten, wie Elektronen, Protonen, Neutronen und sogar Atome. Der Welle-Teilchen-Dualismus ist das Ergebnis einer Vielzahl von Experimenten und Theorien, etwa zum photoelektrischen Effekt, aufgeklärt durch Albert Einstein.
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Unterschied zwischen Welle und Teilchen
Bevor wir über die Welle-Teilchen-Dualität sprechen, ist es wichtig, die Eigenschaften jedes dieser Aspekte zu verstehen.
Beim Partikel:
- eine Position im Raum einnehmen,
- sind mit Masse ausgestattet,
- eine definierte Form haben,
- sie sind gut lokalisiert, dh ihre Position kann leicht bestimmt werden.
schon die Wellen:
- sind Störungen im Raum,
- keine definierte Position haben,
- keine Masse haben,
- sind Phänomene, die transportieren Energie,
- sie unterliegen den Phänomenen der Reflexion, Brechung, Beugung, Interferenz usw.
Obwohl es sich aus physikalischer Sicht um völlig unterschiedliche Dinge handelt, jedem Teilchen ist eine Welle zugeordnet und umgekehrt. Wie sich Materie ausdrückt, sei es in Wellen- oder Teilchenform, hängt damit zusammen, wie sie beobachtet wird.
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Welle-Teilchen-Dualität
Der Welle-Teilchen-Dualismus wurde in Frage gestellt, als die experimentellen Ergebnisse von Heinrich Hertz bezüglich der photoelektrischer Effekt hineingeraten direkter Widerspruch zu dem, was für das Verhalten von Licht erwartet wurde, nach der elektromagnetischen Theorie von James Clerk Maxwell.
Nach der damaligen Theorie sollte jede Lichtfrequenz in der Lage sein, auszustoßen Elektronen eines Blechs zeigten Hertz-Ergebnisse jedoch, dass es nur ab bestimmten Frequenzen dass eine solche Emission festgestellt wurde.
DAS Erklärung für den photoelektrischen Effekt wurde von Albert Einstein, 1905. Einstein zeigte, dass sich Licht quantisiert verhielt, d. h., es wurde in kleine Energiepakete verteilt, die Elektronen von Metall abgezogen, wenn und nur wenn diese Pakete ein Energieniveau hatten, das von den Atomen absorbiert werden konnte. aus Metall. Die Idee, dass Licht quantisiert werden kann, war nicht neu, Jahre bevor diese Idee vom deutschen Physiker auf die Wärmestrahlung angewendet wurde. Max Planck, die das Phänomen der Problem mit dem schwarzen Körper.
1923, Louis De Broglie schlugen vor, dass Teilchen sich auch wie Wellen verhalten können. DAS de Broglies Hypothese, wie bekannt wurde, deutete auf die Existenz von "Teilchenwellen", damit wurde erwartet, dass Elektronen, Protonen und andere subatomare Teilchen bis dahin ausschließlich wellenförmige Effekte zeigen können, wie z Brechung (Änderung der Wellengeschwindigkeit), Beugung (Fähigkeit der Wellen, Hindernisse zu umgehen) usw.
Die Hypothese von De Broglie wurde 1928 von der Davisson-Germer-Experiment, die darin bestand, die Beugung von Elektronen. Dazu wurde ein Kathodenstrahl auf ein drehbares Nickeltarget gerichtet, um den Winkel zu ändern, unter dem der Elektronenstrahl auf die Ebene der Nickelatome fokussiert wurde. NeinNickel.
Die Ergebnisse zeigten Intensitätsspitzen für Partikel, die unter bestimmten Winkeln reflektiert wurden, zeigt die Existenz eines Musters von konstruktiven und destruktiven Interferenzen für die Reflexion der Elektronen. Die Schlussfolgerung des Experiments war, dass Elektronen können gebeugt werden und Interferenzen erzeugen, wie auch die Elektromagnetische Wellen.
Die folgende Abbildung veranschaulicht die Situation, in der Elektronen gebeugt werden: nach Entfernung von jedem Elektron durchquert, bildete sich ein Intensitätsmuster, wie es bei einer Welle passiert gebeugt um a RissPaar.
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Erklärung des Welle-Teilchen-Dualismus
Die Erklärung für den Welle-Teilchen-Dualismus entstand mit dem Vormarsch von Quantenmechanik. Derzeit ist bekannt, dass alle Quantensysteme von einem Mechanismus gesteuert werden, der als bekannt ist Heisenbergs Unsicherheitsprinzip. Teilchen sind nach diesem Prinzip wie ein „Materiefeld“, da es nicht möglich ist, die Position eines Quantenteilchens mit absoluter Sicherheit zu bestimmen.
Aus der Entwicklung der Schrödingers Gleichung, kommen wir zu der Erkenntnis, dass alle Teilchen vollständig durch eine Wellenfunktion charakterisiert sind, die nichts es ist mehr als ein mathematischer Ausdruck, der alle Informationen enthält, die daraus extrahiert werden können. Partikel.
Bevor wir ein Quantensystem beobachten, ist seine Information unbestimmt, nach der Beobachtung ist es möglich um sie zu lokalisieren und zu messen, sagen wir in diesem Fall, dass ihre Wellenfunktion kollabiert ist und sich in einer ihrer möglichen Staaten. Mit anderen Worten, was bestimmt, ob eine Quanteneinheit eine Welle oder ein Teilchen ist, ist die Akt der Beobachtung, weil es möglich ist, dass ein Experiment durchgeführt wird und ein korpuskulares Verhalten beobachtet wird und ein anderes Experiment ein wellenförmiges Verhalten zeigt - alles dank der ChancengibtPhysikQuantum.
Von Rafael Hellerbrock
Physik Lehrer
