Šta je dualizam talas-čestica: definicija pojma, svojstva

Šta je dualizam talas-čestica?? Ovo je karakteristika fotona i drugih subatomskih čestica koje se pod nekim uslovima ponašaju kao talasi, a pod drugim kao čestice.

Dualizam čestica-talasa supstanci i svetlosti je važan deo kvantne mehanike, jer je to najbolji način za činjenica je pokazala da koncepti kao što su "talasi" i "čestice", koji savršeno rade u klasičnoj mehanici, nisu dovoljni da objasne ponašanje nekih kvantnih objekata.

Dvostruka priroda svjetlosti stekla je priznanje u fizici nakon 1905. godine, kada je Albert Einstein opisao ponašanje svjetlosti pomoću fotona, koji su opisani kao čestice. Tada je Ajnštajn objavio manje poznatu specijalnu teoriju relativnosti, u kojoj je svetlost opisana ponašanjem talasa.

Čestice ispoljavaju dvostruko ponašanje

Princip dualizma talas-čestica najbolje se posmatra u ponašanju fotona. Ovo su najlakši i najmanji objekti koji pokazuju dvostruko ponašanje. Među većim objektima, kao što su elementarne čestice, atomi, pa čak i molekuli, takođe je moguće posmatrati elemente dualizma talas-čestica, ali se veći objekti ponašaju kao talasi izuzetno kratke dužine, pa ih je veoma teško posmatrati. Obično su koncepti koji se koriste u klasičnoj mehanici sasvim dovoljni za opisivanje ponašanja većih ili makroskopskih čestica.

Dokazi talasa-

Ljudi su vekovima, pa čak i milenijumima razmišljali o prirodi svetlosti i materije. Do relativno nedavno, fizičari su vjerovali da karakteristike svjetlosti i materije moraju biti jednoznačne: svjetlost može biti ili tok čestica ili talas, kao i materija, bilo da se sastoji od pojedinačnih čestica koje se potpuno pridržavaju zakona Njutnove mehanike, bilo da su kontinuirani, neodvojivi medij.

U početku, u moderno doba, bila je popularna teorija ponašanja svjetlosti kao toka pojedinačnih čestica, odnosno korpuskularna teorija. Sam Njutn se toga držao. Međutim, kasniji fizičari, poput Huygensa, Fresnela i Maxwella, došli su do zaključka da je svjetlost talas. Objasnili su ponašanje svjetlosti oscilacijom elektromagnetnog polja, a interakcija svjetlosti i materije je u ovom slučaju potpala pod objašnjenje klasične teorije polja.

Međutim, početkom dvadesetog stoljeća fizičari su se suočili s činjenicom da ni prvo ni drugo objašnjenje ne mogu u potpunosti pokriti područje ponašanja svjetlosti u različitim uvjetima i interakcijama.

Od tada su brojni eksperimenti dokazali dualizam ponašanja nekih čestica. Međutim, poseban utjecaj na pojavu i usvajanje dualizma čestica-Val svojstava kvantnih objekata imali su prvi, najraniji eksperimenti koji su stavi tačku za raspravu o prirodi ponašanja svjetlosti.

Foto efekat: svjetlost se sastoji od čestica

Fotoelektrični efekat, koji se naziva i fotoelektrični efekat, je proces interakcije svetlosti (ili bilo kog drugog elektromagnetnog zračenja) sa materijom, usled čega se energija svetlosnih čestica prenosi na čestice materije. Tokom proučavanja fotoelektričnog efekta, ponašanje fotoelektrona nije se moglo objasniti klasičnom elektromagnetnom teorijom.

Heinrich Hertz primijetio je davne 1887. godine da smjer ultraljubičastog svjetla na elektrodama povećava njihovu sposobnost stvaranja električnih varnica. Ajnštajn je 1905. objasnio fotoelektrični efekat činjenicom da svetlost apsorbuje i emituje određene kvantne delove, koje je u početku nazvao kvantama svetlosti, a zatim ih nazvao fotonima.

Eksperiment Roberta Millikena, sproveden 1921. godine, potvrdio je Ajnštajnove sudove i doveo do činjenice, da ovo drugo dobio je Nobelovu nagradu za otkriće fotoelektričnog efekta, a sam Milliken je 1923. dobio Nobelovu nagradu za svoj rad na elementarnim česticama i proučavanje fotoelektričnog efekta.

Davisson-Germer iskustvo: svjetlost je talas

Davisson-Germerov eksperiment potvrdio je de Brogliejevu hipotezu o dualizmu svjetlosti Val-čestica i poslužio je kao osnova za formuliranje zakona kvantne mehanike.

Oba fizičara su proučavala refleksiju elektrona iz jednog kristala nikla. Instalacija, smještena u vakuumu, sastojala se od jednokristalnog tla od nikla pod određenim uglom. Snop monohromatskih elektrona bio je usmjeren direktno okomito na ravan kriške.

Eksperimenti su pokazali da su kao rezultat refleksije elektroni raspršeni vrlo selektivno, odnosno da se u svim reflektiranim zracima uočavaju maksimumi i minimumi intenziteta, bez obzira na brzine i uglove. Tako su Davisson i Germer eksperimentalno potvrdili prisustvo talasnih svojstava u česticama.

1948. sovjetski fizičar u. A. Fabrikant je eksperimentalno potvrdio da su talasne funkcije inherentne ne samo protoku elektrona, već i svakom elektronu pojedinačno.

Jungovo iskustvo sa dva proreza

Praktični eksperiment Tomasa Janga sa dva proreza je demonstracija da i svetlost i materija mogu pokazati karakteristike i talasa i čestica.

Jungov eksperiment praktično pokazuje prirodu dualizma talasnih čestica, uprkos činjenici da je prvi put sproveden na početku XIX veka, čak i pre nego što se pojavila teorija dualizma.

Suština eksperimenta je sljedeća: izvor svjetlosti (na primjer, laserski snop) usmjeren je na ploču na kojoj su dva paralelna proreza. napravljeni su, svjetlost koja prolazi kroz proreze ogleda se na ekranu iza ploče.

Talasna priroda svjetlosti uzrokuje miješanje svjetlosnih valova koji prolaze kroz proreze, stvarajući svijetle i tamne pruge na ekranu, što se ne bi dogodilo da se svjetlost ponaša isključivo kao čestice. Međutim, ekran apsorbuje i reflektuje svetlost, a fotoelektrični efekat je dokaz korpuskularne prirode svetlosti.

Šta je dualizam čestica-talas?

De Broglie je postavio pitanje Može li se materija ponašati tako dualno kao svjetlost. On ima hrabru hipotezu da pod određenim uslovima i u zavisnosti od eksperimenta, ne samo fotoni, već i elektroni mogu pokazati dualizam talas-čestica. Broglie je razvio svoju ideju o talasima vjerovatnoće ne samo fotona svjetlosti, već i makropartikala 1924. godine.

Kada je hipoteza dokazana Davisson-Germerovim eksperimentom i ponavljanjem Jungovog eksperimenta sa dva proreza (sa elektronima umjesto fotona), de Broglie je dobio Nobelovu nagradu (1929).

Ispostavilo se da materija takođe može ponašajte se kao klasični talas pod pravim okolnostima. Naravno, veliki objekti stvaraju talase toliko kratke da ih je besmisleno posmatrati, ali manji objekti, kao što su atomi ili čak molekuli, pokazuju primetnu talasnu dužinu, što je veoma važno za kvantnu mehaniku, koja je praktično izgrađena na talasnim funkcijama.

Vrijednost dualizma talas-čestica

Glavni značaj koncepta dualizma talas-čestica je da se ponašanje elektromagnetnog zračenja i materije može opisati pomoću diferencijalne jednačine koja predstavlja funkciju talasa. Ovo je obično Schrodingerova jednačina. Sposobnost opisivanja stvarnosti pomoću talasnih funkcija u središtu je kvantne mehanike.

Najčešći odgovor na pitanje šta je dualizam talas-čestica je da talasna funkcija predstavlja vjerovatnoću pronalaska određene čestice na određenom mjestu. Drugim riječima, vjerovatnoća da će čestica biti na predviđenom mjestu čini je Valom, a njen fizički izgled i oblik nisu Val.

Šta je dualizam talas-čestica??

Dok matematika, iako na izuzetno složen način, daje tačna predviđanja zasnovana na diferencijalnim jednadžbama, značaj ovih jednadžbi za kvantnu fiziku mnogo je teže razumjeti i objasniti. Pokušaj da se objasni šta je dualizam talas-čestica i dalje je u središtu debate u kvantnoj fizici.

Praktični značaj dualizma talas-čestica leži i u činjenici da svaki fizičar mora naučiti da percipira stvarnost na vrlo zanimljiv način, kada razmišljanje o gotovo svakom objektu na uobičajen način više nije dovoljno za adekvatnu percepciju stvarnosti.