DE dualiteit golf-deeltjes het is een inherente eigenschap van de natuur voor zowel deeltjes als golven. De dubbele aard kan worden waargenomen door middel van experimenten bij het onderzoeken van de deeltjes gedrag, zoals elektronen, protonen, neutronen en zelfs atomen. De dualiteit golf-deeltjes is het resultaat van een groot aantal experimenten en theorieën, zoals die met betrekking tot het foto-elektrisch effect, verduidelijkt door Albert Einstein.
Zie ook: Bosonen, fermionen, leptonen – standaardmodel van deeltjesfysica
Verschil tussen golf en deeltje
Voordat we het hebben over de dualiteit van golven en deeltjes, is het belangrijk om de kenmerken van elk van deze aspecten te begrijpen.
Bij deeltjes:
- een plaats innemen in de ruimte,
- zijn begiftigd met massa,
- een bepaalde vorm hebben,
- ze zijn goed gelegen, dat wil zeggen dat hun positie gemakkelijk kan worden bepaald.
al de golven:
- zijn verstoringen in de ruimte,
- geen gedefinieerde positie hebben,
- heb geen massa,
- zijn verschijnselen die transporteren energie,
- ze zijn onderhevig aan de verschijnselen van reflectie, breking, diffractie, interferentie, enz.
Ondanks dat het totaal verschillende dingen zijn, vanuit het oogpunt van natuurkunde, elk deeltje heeft een bijbehorende golf en vice versa. Hoe materie zich uitdrukt, of het nu in golfvorm of in deeltjesvorm is, hangt samen met hoe het wordt waargenomen.
dualiteit golf-deeltjes
De dualiteit van golven en deeltjes werd in twijfel getrokken toen de experimentele resultaten van Heinrich Hertz verwijzend naar de fotoëlektrisch effect raakte betrokken directe tegenspraak met wat werd verwacht voor het gedrag van licht, volgens de elektromagnetische theorie van James Clerk Maxwell.
Volgens de toenmalige theorie zou elke lichtfrequentie moeten kunnen worden uitgestoten elektronen van een plaatwerk, maar de resultaten van Hertz toonden aan dat het alleen van bepaalde frequenties dat een dergelijke emissie werd gedetecteerd.
DE verklaring voor het foto-elektrisch effect is gemaakt door: Albert Einstein, 1905. Einstein toonde aan dat licht zich gekwantiseerd gedroeg, dat wil zeggen dat het werd verdeeld in kleine "pakketjes" energie die heeft elektronen van metaal gestript als, en alleen als, die pakketjes een energieniveau hadden dat door de atomen kon worden geabsorbeerd. van metaal. Het idee dat licht kon worden gekwantiseerd was niet nieuw, jaren voordat dit idee door de Duitse natuurkundige op warmtestraling was toegepast. Max Planck, die het fenomeen van probleem met zwart lichaam body.
1923, Louis De Broglie suggereerde dat deeltjes zich ook als golven konden gedragen. DE de Broglie's hypothese, zoals het bekend werd, suggereerde het bestaan van "deeltjesgolven", hiermee werd verwacht dat elektronen, protonen en andere subatomaire deeltjes tot dan toe uitsluitend golfachtige effecten zouden kunnen vertonen, zoals breking (verandering van golfsnelheid), diffractie (vermogen van golven om obstakels te omzeilen) enz.
De Broglie's hypothese werd in 1928 bevestigd door de Davisson-Germer-experiment, die bestond uit het promoten van de diffractie van elektronen. Om dit te doen, werd een kathodestraal gericht op een nikkelen doelwit dat kon worden geroteerd, om de hoek te veranderen waaronder de elektronenstraal op het vlak van nikkelatomen focuste. Neenikkel.
De resultaten toonden intensiteitspieken voor deeltjes die onder bepaalde hoeken werden gereflecteerd, wijst op het bestaan van een patroon van constructieve en destructieve interferenties voor de reflectie van de elektronen. De conclusie van het experiment was dat: elektronen kunnen worden afgebogen en interferentie veroorzaken, net als de elektromagnetische golven.
De volgende figuur illustreert de situatie waarin elektronen worden afgebogen: volgens afstand door elk elektron werd doorkruist, werd een patroon van intensiteiten gevormd, net als bij een golf afgebogen door a barstpaar.
Zie ook: Wat zijn Bzwarte uraco's?
Verklaring van dualiteit golf-deeltjes
De verklaring voor de golf-deeltjesdualiteit kwam naar voren met de opmars van kwantummechanica. Momenteel is het bekend dat alle kwantumsystemen worden bestuurd door een mechanisme dat bekend staat als: Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg. Volgens dit principe zijn deeltjes als een "veld van materie", omdat het niet mogelijk is om met absolute zekerheid de positie van een kwantumdeeltje te bepalen.
Vanaf de ontwikkeling van de Schroedinger's vergelijking, gaan we begrijpen dat alle deeltjes volledig worden gekenmerkt door een golffunctie, die niets het is meer dan een wiskundige uitdrukking die alle informatie bevat die eruit kan worden gehaald. deeltje.
Voordat we een kwantumsysteem waarnemen, is de informatie ervan onbepaald, na waarneming is het mogelijk om ze te lokaliseren en te meten, zeggen we in dit geval dat de golffunctie is ingestort en zich presenteert in een van zijn mogelijke staten. Met andere woorden, wat bepaalt of een kwantumentiteit een golf of een deeltje is, is de daad van observatie, omdat het mogelijk is dat een experiment wordt uitgevoerd en een corpusculair gedrag wordt waargenomen en een ander experiment een golvend gedrag onthult - allemaal dankzij de kansengeeftfysicaquantum.
Door Rafael Hellerbrock
Natuurkunde leraar
Bron: Brazilië School - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-natureza-dual-luz.htm
