THE волновая дуальность это свойство природы, присущее как частицам, так и волнам. Двойственную природу можно наблюдать экспериментально при исследовании поведение частиц, как электроны, протоны, нейтроны и даже атомы. Дуализм волна-частица является результатом большого количества экспериментов и теорий, например связанных с фотоэлектрическим эффектом, разъясненных Альберт Эйнштейн.
Смотрите также: Бозоны, фермионы, лептоны - стандартная модель физики элементарных частиц
Разница между волной и частицей
Прежде чем говорить о дуальности волна-частица, важно понять характеристики каждого из этих аспектов.
В частицы:
- занимать позицию в пространстве,
- наделены массой,
- иметь определенную форму,
- они удачно расположены, то есть их положение можно легко определить.
уже волны:
- беспорядки в космосе,
- не имеют определенной позиции,
- не имеют массы,
- явления, которые переносят энергия,
- они подвержены явлениям отражения, преломления, дифракции, интерференции и т. д.
Несмотря на то, что это совершенно разные вещи, с точки зрения физики, с каждой частицей связана волна, и наоборот. То, как материя выражает себя, будь то в форме волны или в форме частиц, связано с тем, как она наблюдается.
Не останавливайся сейчас... После рекламы есть еще кое-что;)
волновая дуальность
Двойственность волна-частица подверглась сомнению, когда экспериментальные результаты Генриха Герца, относящиеся к фотоэлектрический эффект попал в прямое противоречие тому, что ожидалось от поведения света, согласно электромагнитной теории Джеймс Клерк Максвелл.
Согласно современной теории того времени, свет любой частоты должен быть способен излучать электроны листового металла, однако результаты Герца показали, что это было только с определенных частот что такое излучение было обнаружено.
THE объяснение фотоэлектрического эффекта было сделано Альберт Эйнштейн, в 1905 г. Эйнштейн показал, что свет ведет себя квантованным образом, то есть он распределяется небольшими «пакетами» энергии, которые отделял электроны от металла тогда и только тогда, когда эти пакеты имели уровень энергии, который мог быть поглощен атомами. металла. Идея квантования света не была новой, за много лет до того, как эта идея была применена к тепловому излучению немецким физиком. Макс Планк, который объяснил феномен проблема черного тела.
В 1923 г. Луи де Бройль предположил, что частицы также могут вести себя как волны. THE гипотеза де Бройля, как стало известно, предполагал существование "частицы волн", при этом ожидалось, что электроны, протоны и другие субатомные частицы могут до тех пор проявлять эффекты исключительно волнообразные, такие как преломление (изменение скорости волны), дифракция (способность волн преодолевать препятствия) и т. д.
Гипотеза де Бройля была подтверждена в 1928 г. Эксперимент Дэвиссона-Гермера, который заключался в продвижении дифракция электронов. Для этого катодный пучок направлялся на никелевую мишень, которую можно было вращать, чтобы изменить угол, под которым электронный пучок фокусировался на плоскости атомов никеля. нетникель.
Результаты показали пики интенсивности для частиц, которые отражались под определенными углами, указывая на существование структуры конструктивных и деструктивных помех для отражения электроны. Вывод эксперимента заключался в том, что электроны могут дифрагировать и создавать интерференцию, как и электромагнитные волны.
На следующем рисунке показана ситуация, в которой электроны дифрагируют: в зависимости от расстояния, пройденный каждым электроном, сформировалась диаграмма интенсивностей, как это происходит для волны дифрагирует трескатьсяпара.
Смотрите также: Что Bчерные урако?
Объяснение дуальности волна-частица
Объяснение дуальности волна-частица появилось с продвижением квантовая механика. В настоящее время известно, что все квантовые системы управляются механизмом, известным как Принцип неопределенности Гейзенберга. Согласно этому принципу, частицы подобны «полю материи», поскольку невозможно с абсолютной уверенностью определить положение квантовой частицы.
От развития Уравнение Шредингера, мы приходим к пониманию того, что все частицы полностью характеризуются волновой функцией, которая ничего не это больше, чем математическое выражение, содержащее всю информацию, которую можно извлечь из него. частица.
До того, как мы наблюдаем квантовую систему, ее информация не определена, после наблюдения возможно чтобы найти и измерить их, в этом случае мы говорим, что его волновая функция схлопнулась, представив себя в одном из возможные состояния. Другими словами, то, что определяет, является ли квантовый объект волной или частицей, является акт наблюдения, потому что возможно, что проводится эксперимент и наблюдается корпускулярное поведение, а в другом эксперименте обнаруживается волнообразное поведение - все благодаря шансыдаетфизикаквант.
Рафаэль Хеллерброк
Учитель физики
