Ο δυαδικότητα κυμάτων-σωματιδίων Είναι μια εγγενής ιδιότητα της φύσης τόσο για σωματίδια όσο και για κύματα. Η διπλή φύση μπορεί να παρατηρηθεί μέσω πειραμάτων κατά τη διερεύνηση του συμπεριφορά σωματιδίων, όπως ηλεκτρόνια, πρωτόνια, νετρόνια και ακόμη και άτομα. Η δυαδικότητα κυμάτων-σωματιδίων είναι το αποτέλεσμα ενός μεγάλου αριθμού πειραμάτων και θεωριών, όπως εκείνων που σχετίζονται με το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, που διευκρινίστηκε από Albert Einstein.
Δείτε επίσης: Bosons, Fermions, Leptons - Πρότυπο μοντέλο σωματιδιακής φυσικής
Διαφορά μεταξύ κύματος και σωματιδίων
Πριν μιλήσουμε για τη δυαδικότητα των κυμάτων-σωματιδίων, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τα χαρακτηριστικά κάθε μιας από αυτές τις πτυχές.
Στο σωματίδια:
- καταλαμβάνω μια θέση στο διάστημα,
- είναι προικισμένοι με μάζα,
- έχουν καθορισμένο σχήμα,
- βρίσκονται σε καλή τοποθεσία, δηλαδή, η θέση τους μπορεί εύκολα να προσδιοριστεί.
ήδη το κυματιστά:
- είναι διαταραχές στο διάστημα,
- δεν έχουν καθορισμένη θέση,
- δεν έχει μάζα,
- είναι φαινόμενα που μεταφέρουν ενέργεια,
- υπόκεινται στα φαινόμενα ανάκλασης, διάθλασης, περίθλασης, παρεμβολών κ.λπ.
Παρά το ότι είναι εντελώς διαφορετικά πράγματα, από την άποψη της φυσικής, κάθε σωματίδιο έχει ένα κύμα που σχετίζεται με αυτό και το αντίστροφο. Το πώς εκφράζεται η ύλη, είτε σε μορφή κυμάτων είτε σε μορφή σωματιδίων, σχετίζεται με τον τρόπο που παρατηρείται.
Μην σταματάς τώρα... Υπάρχουν περισσότερα μετά τη διαφήμιση;)
δυαδικότητα κυμάτων-σωματιδίων
Η δυαδικότητα των κυμάτων-σωματιδίων ήρθε να αμφισβητηθεί όταν τα πειραματικά αποτελέσματα του Heinrich Hertz αναφερόταν στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο μπήκα στο άμεση αντίφαση με αυτό που αναμενόταν για τη συμπεριφορά του φωτός, σύμφωνα με την ηλεκτρομαγνητική θεωρία του James Clerk Maxwell.
Σύμφωνα με την τρέχουσα θεωρία εκείνη την εποχή, κάθε συχνότητα φωτός θα πρέπει να μπορεί να εκτοξεύεται ηλεκτρόνια από λαμαρίνα, ωστόσο, τα αποτελέσματα της Hertz έδειξαν ότι ήταν μόνο από ορισμένες συχνότητες ότι εντοπίστηκαν τέτοιες εκπομπές.
Ο εξήγηση για το φωτοηλεκτρικό εφέ έγινε από Albert Einstein, το 1905. Ο Αϊνστάιν έδειξε ότι το φως συμπεριφερόταν με ποσοτικοποιημένο τρόπο, δηλαδή, διανεμήθηκε σε μικρά «πακέτα» ενέργειας που απογυμνωμένα ηλεκτρόνια από μέταλλο εάν, και μόνο εάν, αυτά τα πακέτα είχαν επίπεδο ενέργειας που θα μπορούσε να απορροφηθεί από τα άτομα. από μέταλλο. Η ιδέα ότι το φως θα μπορούσε να ποσοτικοποιηθεί δεν ήταν νέα, χρόνια πριν αυτή η ιδέα είχε εφαρμοστεί στη θερμική ακτινοβολία από τον Γερμανό φυσικό. Μέγιστο Planck, που εξήγησε το φαινόμενο του ζήτημα μαύρου σώματος.
Το 1923, Λούις Ντε Μπρόγλι πρότεινε ότι τα σωματίδια ήταν επίσης ικανά να συμπεριφέρονται σαν κύματα. Ο Η υπόθεση του de Broglie, όπως έγινε γνωστό, πρότεινε την ύπαρξη του "κύματα σωματιδίων", με αυτό, αναμενόταν ότι ηλεκτρόνια, πρωτόνια και άλλα υποατομικά σωματίδια θα μπορούσαν να παρουσιάσουν αποτελέσματα μέχρι τότε αποκλειστικά κυματοειδές, όπως διάθλαση (αλλαγή ταχύτητας κύματος), περίθλαση (ικανότητα κυμάτων να ξεπεράσουν εμπόδια) κ.λπ.
Η υπόθεση του De Broglie επιβεβαιώθηκε το 1928 από το Πείραμα Davisson-Germer, η οποία συνίστατο στην προώθηση του περίθλαση ηλεκτρονίων. Για να γίνει αυτό, μια δέσμη καθόδου κατευθύνθηκε σε έναν στόχο νικελίου που θα μπορούσε να περιστραφεί, έτσι ώστε να αλλάξει τη γωνία με την οποία η δέσμη ηλεκτρονίων χτυπά το επίπεδο των ατόμων νικελίου. όχινικέλιο.
Τα αποτελέσματα έδειξαν κορυφές έντασης για σωματίδια που ανακλώθηκαν σε ορισμένες γωνίες, που δείχνει την ύπαρξη ενός μοτίβου εποικοδομητικών και καταστροφικών παρεμβολών για την αντανάκλαση του ηλεκτρόνια. Το συμπέρασμα του πειράματος ήταν ότι Τα ηλεκτρόνια μπορούν να διαθλαθούν και να προκαλέσουν παρεμβολές, όπως και το Ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει την κατάσταση στην οποία τα ηλεκτρόνια διαθλάνονται: ανάλογα με την απόσταση διασχίζοντας από κάθε ηλεκτρόνιο, σχηματίστηκε ένα μοτίβο εντάσεων, όπως συμβαίνει και για ένα κύμα περιθάλφθηκε από ένα ρωγμήζεύγος.
Δείτε επίσης: Τι είναι σιμαύρος ουράκος;
Επεξήγηση του δυαδικού κύματος-σωματιδίων
Η εξήγηση για τη δυαδικότητα των κυμάτων-σωματιδίων εμφανίστηκε με την πρόοδο του κβαντική μηχανική. Επί του παρόντος, είναι γνωστό ότι όλα τα κβαντικά συστήματα διέπονται από έναν μηχανισμό γνωστό ως Η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg. Σύμφωνα με αυτήν την αρχή, τα σωματίδια είναι σαν «πεδίο της ύλης», καθώς δεν είναι δυνατόν να προσδιοριστεί με απόλυτη βεβαιότητα η θέση ενός κβαντικού σωματιδίου.
Από την ανάπτυξη του Η εξίσωση του Schroedinger, καταλαβαίνουμε ότι όλα τα σωματίδια χαρακτηρίζονται πλήρως από μια λειτουργία κυμάτων, η οποία τίποτα Είναι κάτι περισσότερο από μια μαθηματική έκφραση που μεταφέρει όλες τις πληροφορίες που μπορούν να εξαχθούν από αυτήν. σωματίδιο.
Πριν παρατηρήσουμε ένα κβαντικό σύστημα, οι πληροφορίες του είναι απροσδιόριστες, αφού παρατηρηθούν, είναι πιθανές για να τα εντοπίσουμε και να τα μετρήσουμε, σε αυτήν την περίπτωση, λέμε ότι η κυματοσυνάρτησή του έχει καταρρεύσει, παρουσιάζοντας τον εαυτό του σε μία από αυτές πιθανές καταστάσεις. Με άλλα λόγια, αυτό που καθορίζει εάν μια κβαντική οντότητα είναι ένα κύμα ή ένα σωματίδιο είναι το πράξη παρατήρησης, καθώς είναι πιθανό να πραγματοποιηθεί ένα πείραμα και να παρατηρηθεί μια σωματική συμπεριφορά και ένα άλλο πείραμα να αποκαλύψει μια κυματοειδή συμπεριφορά - όλα χάρη στην πιθανότηταδίνειη φυσικηποσοστό.
Από τον Rafael Hellerbrock
Καθηγητής φυσικής
