A hullám-részecske kettősség a természet velejárója a részecskék és a hullámok számára is. A kettős természet kísérletekkel megfigyelhető, amikor a részecske viselkedés, mint az elektronok, protonok, neutronok és még atomok is. A hullám-részecske kettősség számos kísérletnek és elméletnek az eredménye, például a fotoelektromos effektussal Albert Einstein.
Lásd még: Bosonok, Fermionok, Leptonok - A részecskefizika standard modellje
A hullám és a részecske közötti különbség
Mielőtt a hullám-részecske kettősségről beszélnénk, fontos megérteni e szempontok mindegyikének jellemzőit.
Nál nél részecskék:
- helyet foglaljon el az űrben,
- tömeggel vannak felruházva,
- meghatározott alakú,
- jó helyen vannak, vagyis helyzetük könnyen meghatározható.
már a hullámok:
- zavarok az űrben,
- nincs meghatározott pozíciójuk,
- ne legyen tömeged,
- olyan közlekedési jelenségek energia,
- rájuk vonatkoznak a reflexió, a fénytörés, a diffrakció, az interferencia stb.
Annak ellenére, hogy teljesen különböző dolgokról van szó, a fizika szempontjából minden részecskéhez tartozik egy hullám, és fordítva. Az anyag kifejeződése, akár hullám, akár részecske formájában, összefügg a megfigyelés módjával.
Ne álljon meg most... A reklám után még több van;)
hullám-részecske kettősség
A hullám-részecske kettősség kérdésessé vált, amikor Heinrich Hertz kísérleti eredményei a fotoelektromos hatás bekerültem közvetlen ellentmondás a fény viselkedésével szemben elvárhatónak, az elektromágneses elmélet szerint James jegyző Maxwell.
Az akkori elmélet szerint a fény bármely frekvenciájának képesnek kell lennie a kibocsátásra elektronok lemezből, a Hertz-eredmények azonban azt mutatták, hogy csak bizonyos frekvenciákról hogy ilyen kibocsátást észleltek.
A a fotoelektromos effektust magyarázatot adta Albert Einstein, 1905-ben. Einstein megmutatta, hogy a fény kvantált módon viselkedett, vagyis kicsi energiacsomagokban oszlott el, amelyek akkor és csak akkor távolította el az elektronokat a fémből, és csak akkor, ha ezeknek a csomagoknak olyan energiaszintje volt, amelyet az atomok el tudtak szívni. fémből. Az az elképzelés, hogy a fény kvantálható, nem volt új évekkel azelőtt, hogy ezt az elképzelést a német fizikus alkalmazta volna a hősugárzásra. Max Planck, amely megmagyarázta a fekete test kérdés.
1923-ban Louis De Broglie azt sugallta, hogy a részecskék is képesek hullámként viselkedni. A de Broglie hipotézise, amint ismertté vált, javasolta a "részecske hullámok", ezzel azt várták, hogy az elektronok, protonok és más szubatomi részecskék addig kizárólag hullámhatásokat mutathatnak, mint pl. fénytörés (hullámsebesség változása), diffrakció (a hullámok képessége az akadályok megkerülésére) stb.
De Broglie hipotézisét 1928-ban a Davisson-Germer kísérlet, amely a diffrakció elektronokból. Ehhez katódsugarat irányítottak egy forgatható nikkel célpontra úgy, hogy megváltoztassák azt a szöget, amelynél az elektronnyaláb eltalálja a nikkel atomok síkját. nemnikkel.
Az eredmények intenzitási csúcsokat mutattak olyan részecskék esetében, amelyek bizonyos jelezve a konstruktív és destruktív interferenciák mintájának létezését a elektronok. A kísérlet következtetése az volt az elektronok diffrakciósak és interferenciát okozhatnak, ahogy a elektromágneses hullámok.
A következő ábra szemlélteti az elektronok diffrakciójának helyzetét: a távolság szerint az egyes elektronok által bejárva intenzitásmintázat alakult ki, ugyanúgy, mint egy hullám esetében eltört a réspár.
Lásd még: Mik Bfekete urakók?
A hullám-részecske kettősség magyarázata
A hullám-részecske kettősség magyarázata a kvantummechanika. Jelenleg ismert, hogy az összes kvantumrendszert egy úgynevezett mechanizmus vezérli Heisenberg bizonytalansági elve. Ezen elv szerint a részecskék olyanok, mint egy „anyagmező”, mivel nem lehet teljes bizonyossággal meghatározni a kvantumrészecske helyzetét.
A Schroedinger-egyenlet, megértjük, hogy minden részecskét teljesen jellemez egy hullámfüggvény, hogy semmi ez több, mint egy matematikai kifejezés, amely magában hordozza az abból kinyerhető összes információt. részecske.
Mielőtt egy kvantumrendszert megfigyelnénk, információi határozatlanok, megfigyelés után lehetségesek hogy megkeresjük és megmérjük őket, ebben az esetben azt mondjuk, hogy hullámfüggvénye összeomlott, és az egyik lehetséges állapotok. Más szavakkal, ami meghatározza, hogy egy kvantum entitás hullám vagy részecske, az a megfigyelési aktus, mivel lehetséges, hogy kísérletet hajtanak végre, és megfigyelnek egy corpuscularis viselkedést, és egy másik kísérlet undulációs viselkedést tár fel esélyadfizikakvantum.
Rafael Hellerbrock
Fizikatanár
