Ang duality ng wave-particle ng liwanag ay nangangahulugan na ang liwanag ay sabay-sabay na may mga katangian ng tuloy-tuloy na electromagnetic waves at mga katangian ng discrete photon. Ang pangunahing konklusyon na ito ay ginawa ng mga physicist noong ika-20 siglo at sinundan mula sa mga nakaraang ideya tungkol sa liwanag. Naniniwala si Newton na ang liwanag ay isang stream ng corpuscles, iyon ay, isang stream ng mga particle ng matter na lumilipad sa isang tuwid na linya. Ipinaliwanag nang mabuti ng teoryang ito ang rectilinear propagation ng liwanag. Ngunit ang mga paghihirap ay lumitaw sa pagpapaliwanag ng mga batas ng pagmuni-muni at repraksyon, at ang mga phenomena ng diffraction at interference ay hindi maipaliwanag sa lahat ng teorya ng corpuscular. Samakatuwid, lumitaw ang teorya ng alon ng liwanag. Ipinaliwanag ng teoryang ito ang diffraction at interference, ngunit nahihirapang ipaliwanag ang tuwid na liwanag. Noong ika-19 na siglo lamang, si J. Fresnel, gamit ang mga pagtuklas ng iba pang mga physicist, ay nagawang pagsamahin ang nakuha nang mga prinsipyo sa isang teorya, ayon sa kung saan ang liwanag ay isang transverse mechanical wave. Nang maglaon, natuklasan ni Maxwell na ang liwanag ay isang uri ng electromagnetic radiation. Ngunit sa simula ng ika-20 siglo, salamat sa mga natuklasan ni Einstein, muling nagbago ang mga ideya tungkol sa liwanag. Ang liwanag ay naunawaan bilang isang stream ng mga photon. Ngunit ang ilang mga katangian ng liwanag ay perpektong ipinaliwanag ng teorya ng alon. Ang liwanag ay may parehong corpuscular at wave properties. Sa kasong ito, ang mga sumusunod na regularidad ay umiiral: mas maikli ang wavelength, mas maliwanag ang corpuscular properties na lumilitaw kung mas mahaba ang wavelength, mas maliwanag ang wave properties.
Ayon kay de Broglie, ang bawat microobject ay nauugnay, sa isang banda, na may mga corpuscular na katangian - enerhiya E at momentum p, at sa kabilang banda, may mga katangian ng alon - dalas at haba ng daluyong.
Noong 1924, ang French physicist na si L. de Broglie ay naglagay ng isang matapang na hypothesis: wave-particle duality ay may unibersal na karakter, i.e. lahat ng mga particle na may hangganan na momentum P ay may mga katangian ng alon. Ito ay kung paano lumitaw ang sikat na formula ng de Broglie sa pisika kung saan ang m ay ang masa ng particle, ang V ay ang bilis nito, ang h ay ang pare-pareho ng Planck.
Kaya, ang mga katangian ng corpuscular at wave ng isang micro-object ay hindi tugma sa paggalang sa kanilang sabay-sabay na pagpapakita, gayunpaman, sila ay pantay na nagpapakilala sa bagay, i.e. umakma sa isa't isa. Ang ideyang ito ay ipinahayag ni N. Bohr at siya ang naging batayan ng pinakamahalagang prinsipyong pamamaraan ng modernong agham, na kasalukuyang sumasaklaw hindi lamang sa mga pisikal na agham, kundi pati na rin sa lahat ng natural na agham - prinsipyo ng complementarity (1927). Ang kakanyahan Ang prinsipyo ng complementarity ayon kay N. Bohr ay bumaba sa mga sumusunod: gaano man kalayo ang phenomena na lumampas sa klasikal na pisikal na paliwanag, ang lahat ng pang-eksperimentong data ay dapat ilarawan gamit ang mga klasikal na konsepto. Upang ganap na ilarawan ang quantum mechanical phenomena, kinakailangan na gumamit ng dalawang magkaparehong eksklusibo (karagdagang) hanay ng mga klasikal na konsepto, ang kumbinasyon nito ay nagbibigay ng pinaka kumpletong impormasyon tungkol sa mga phenomena na ito sa kabuuan.
Ang prinsipyo ng complementarity, bilang isang pangkalahatang prinsipyo ng kaalaman, ay maaaring bumalangkas tulad ng sumusunod: bawat tunay na natural na kababalaghan ay hindi maaaring tukuyin nang hindi malabo gamit ang mga salita ng ating wika at nangangailangan para sa kahulugan nito ng hindi bababa sa dalawang magkaibang mga karagdagang konsepto. Ang ganitong mga phenomena ay kinabibilangan, halimbawa, quantum phenomena, buhay, psyche, atbp. Bohr, sa partikular, ay nakita ang pangangailangan na ilapat ang prinsipyo ng complementarity sa biology, na dahil sa sobrang kumplikadong istraktura at pag-andar ng mga buhay na organismo, na nagbibigay sa kanila. na may halos hindi mauubos na nakatagong mga kakayahan.
Kung naisip mo na nakalimutan na namin ang aming mga paksang nakakaakit sa isip, kung gayon nagmamadali kaming biguin ka at pasayahin ka: nagkakamali ka! Sa katunayan, sa lahat ng oras na ito ay sinusubukan naming makahanap ng isang katanggap-tanggap na paraan ng paglalahad ng mga nakatutuwang paksa na may kaugnayan sa mga quantum paradoxes. Sumulat kami ng ilang mga draft, ngunit lahat sila ay itinapon sa lamig. Dahil pagdating sa pagpapaliwanag ng mga quantum jokes, tayo mismo ay nalilito at umaamin na hindi natin gaanong naiintindihan (at sa pangkalahatan, kakaunti ang nakakaunawa sa bagay na ito, kabilang ang mga cool na siyentipiko sa mundo). Sa kasamaang palad, ang mundo ng quantum ay napaka-alien sa philistine worldview na hindi nakakahiyang aminin ang iyong hindi pagkakaunawaan at subukang magkasama nang kaunti upang maunawaan ang hindi bababa sa mga pangunahing kaalaman.
At bagaman, gaya ng dati, susubukan naming makipag-usap nang malinaw hangga't maaari gamit ang mga larawan mula sa Google, ang walang karanasan na mambabasa ay mangangailangan ng ilang paunang paghahanda, kaya't inirerekumenda namin na tingnan mo ang aming mga nakaraang paksa, lalo na tungkol sa quanta at matter.
Lalo na para sa mga humanist at iba pang interesadong tao - mga quantum paradoxes. Bahagi 1.
Sa paksang ito ay pag-uusapan natin ang pinakakaraniwang misteryo ng mundo ng quantum - wave-particle duality. Kapag sinabi nating "pinaka-ordinaryo," ang ibig nating sabihin ay napapagod na ang mga physicist dito na hindi man lang ito tila isang misteryo. Ngunit ito ay lahat dahil ang ibang mga quantum paradox ay mas mahirap tanggapin ng karaniwang isip.
At naging ganito. Noong unang panahon, sa isang lugar sa kalagitnaan ng ika-17 siglo, hindi sumang-ayon sina Newton at Huygens tungkol sa pagkakaroon ng liwanag: Walang kahihiyang idineklara ni Newton na ang liwanag ay isang stream ng mga particle, at sinubukan ng matatandang Huygens na patunayan na ang liwanag ay isang alon. Ngunit si Newton ay mas may awtoridad, kaya ang kanyang pahayag tungkol sa likas na katangian ng liwanag ay tinanggap bilang totoo, at si Huygens ay pinagtawanan. At sa loob ng dalawang daang taon, ang liwanag ay itinuturing na isang stream ng ilang hindi kilalang mga particle, ang likas na inaasahan nilang matuklasan balang araw.
Sa simula ng ika-19 na siglo, ang isang orientalist na nagngangalang Thomas Young ay nakipag-usap sa mga optical na instrumento - bilang isang resulta, kumuha siya at nagsagawa ng isang eksperimento na tinatawag na ngayong eksperimento ni Young, at itinuturing ng bawat pisiko na sagrado ang eksperimentong ito.
Itinuro lang ni Thomas Young ang isang sinag (ng parehong kulay, upang ang dalas ay humigit-kumulang pareho) ng liwanag sa pamamagitan ng dalawang slits sa plato, at naglagay ng isa pang screen plate sa likod nito. At ipinakita ang resulta sa kanyang mga kasamahan. Kung ang liwanag ay isang stream ng mga particle, makikita natin ang dalawang liwanag na guhit sa background.
Ngunit, sa kasamaang-palad para sa buong siyentipikong mundo, isang serye ng madilim at magaan na guhit ang lumitaw sa screen ng plato. Ang isang karaniwang phenomenon na tinatawag na interference ay ang superposisyon ng dalawa (o higit pang mga alon) sa ibabaw ng bawat isa.
Sa pamamagitan ng paraan, ito ay salamat sa pagkagambala na obserbahan namin ang mga kulay ng bahaghari sa isang mantsa ng langis o sa isang bubble ng sabon.
Sa madaling salita, pinatunayan ni Thomas Young na ang liwanag ay mga alon. Ang pang-agham na mundo ay hindi nais na paniwalaan si Jung sa loob ng mahabang panahon, at sa isang pagkakataon ay pinuna siya na kahit na inabandona niya ang kanyang mga ideya ng teorya ng alon. Ngunit nanalo pa rin ang tiwala sa kanilang katuwiran, at sinimulan ng mga siyentipiko na isaalang-alang ang liwanag bilang isang alon. Totoo, isang alon ng kung ano - ito ay isang misteryo.
Narito, sa larawan, ang magandang lumang eksperimento ni Jung.
Dapat sabihin na ang likas na alon ng liwanag ay hindi lubos na nakakaimpluwensya sa klasikal na pisika. Isinulat muli ng mga siyentipiko ang mga formula at nagsimulang maniwala na sa lalong madaling panahon ang buong mundo ay mahuhulog sa kanilang mga paa sa ilalim ng isang unibersal na pormula para sa lahat.
Ngunit nahulaan mo na na si Einstein, gaya ng dati, ay sumira sa lahat. Ang problema ay gumapang mula sa kabilang panig - sa una ay nalito ang mga siyentipiko sa pagkalkula ng enerhiya ng mga thermal wave at natuklasan ang konsepto ng quanta (siguraduhing basahin ang tungkol dito sa aming kaukulang paksa ""). At pagkatapos, sa tulong ng parehong quanta na ito, sinaktan ni Einstein ang pisika, na nagpapaliwanag ng kababalaghan ng photoelectric effect.
Sa madaling sabi: ang photoelectric effect (isa sa mga kahihinatnan nito ay ang pagkakalantad ng pelikula) ay ang pagkatok ng mga electron mula sa ibabaw ng ilang mga materyales sa pamamagitan ng liwanag. Sa teknikal, ang pagkatok na ito ay nangyayari na parang isang butil ang liwanag. Tinawag ni Einstein ang isang particle ng liwanag bilang isang quantum ng liwanag, at kalaunan ay binigyan ito ng pangalan - photon.
Noong 1920, ang kamangha-manghang epekto ng Compton ay idinagdag sa anti-wave theory ng liwanag: kapag ang isang electron ay binomba ng mga photon, ang photon ay tumalbog mula sa electron na may pagkawala ng enerhiya (kami ay "nagbaril" sa asul, ngunit ang pula ay lumilipad. off), parang billiard ball mula sa iba. Nanalo si Compton ng Nobel Prize para dito.
Sa pagkakataong ito, ang mga physicist ay nag-iingat sa simpleng pag-abandona sa wave nature ng liwanag, ngunit sa halip ay nag-isip ng mabuti. Ang agham ay nahaharap sa isang nakakatakot na misteryo: ang liwanag ba ay isang alon o isang butil?
Ang liwanag, tulad ng anumang alon, ay may dalas - at ito ay madaling suriin. Nakikita natin ang iba't ibang kulay dahil ang bawat kulay ay isang iba't ibang frequency ng electromagnetic (light) wave: ang red ay isang mababang frequency, ang purple ay isang mataas na frequency.
Ngunit ito ay kamangha-mangha: ang wavelength ng nakikitang liwanag ay limang libong beses ang laki ng isang atom - paano magkasya ang isang "bagay" sa isang atom kapag ang atom ay sumisipsip ng alon na ito? Kung ang photon lamang ay isang particle na maihahambing sa laki sa isang atom. Ang isang photon ba ay parehong malaki at maliit sa parehong oras?
Bilang karagdagan, ang photoelectric effect at ang Compton effect ay malinaw na nagpapatunay na ang liwanag ay isang stream ng mga particle pa rin: hindi maipaliwanag kung paano ang isang alon ay naglilipat ng enerhiya sa mga electron na naisalokal sa kalawakan - kung ang liwanag ay isang alon, kung gayon ang ilang mga electron ay mapapatok sa ibang pagkakataon. kaysa sa iba, at ang phenomenon Hindi namin obserbahan ang photoelectric effect. Ngunit sa kaso ng isang daloy, ang isang solong photon ay bumangga sa isang solong elektron at, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, itinataboy ito mula sa atom.
Bilang isang resulta, napagpasyahan: ang liwanag ay parehong alon at isang butil. O sa halip, ni isa o ang isa, ngunit isang bagong dating hindi kilalang anyo ng pagkakaroon ng bagay: ang mga phenomena na ating naobserbahan ay mga projection lamang o anino ng totoong estado ng mga pangyayari, depende sa kung paano mo tinitingnan ang nangyayari. Kapag tinitingnan natin ang anino ng isang silindro na iluminado mula sa isang gilid, nakikita natin ang isang bilog, at kapag naiilaw mula sa kabilang panig, nakikita natin ang isang hugis-parihaba na anino. Gayon din sa representasyon ng particle-wave ng liwanag.
Ngunit kahit dito ay hindi madali ang lahat. Hindi natin masasabi na itinuturing nating ang liwanag ay alinman sa isang alon o isang stream ng mga particle. Tumingin sa labas ng bintana. Bigla, kahit sa malinis na hugasang salamin, nakikita natin ang sarili nating repleksyon, kahit malabo. Ano ang catch? Kung ang liwanag ay isang alon, kung gayon madaling ipaliwanag ang pagmuni-muni sa isang bintana - nakikita natin ang mga katulad na epekto sa tubig kapag ang isang alon ay makikita mula sa isang balakid. Ngunit kung ang liwanag ay isang stream ng mga particle, kung gayon ang pagmuni-muni ay hindi maipaliwanag nang ganoon kadali. Pagkatapos ng lahat, ang lahat ng mga photon ay pareho. Gayunpaman, kung pareho silang lahat, kung gayon ang hadlang sa anyo ng salamin sa bintana ay dapat magkaroon ng parehong epekto sa kanila. Alinman silang lahat ay dumaan sa salamin, o lahat sila ay naaaninag. Ngunit sa malupit na katotohanan, ang ilan sa mga photon ay lumilipad sa salamin, at nakikita natin ang kalapit na bahay at agad na nakikita ang ating repleksyon.
At ang tanging paliwanag na naiisip: ang mga photon ay nag-iisa. Imposibleng mahulaan nang may isang daang porsyento na posibilidad kung paano kikilos ang isang partikular na photon - kung ito ba ay mabangga sa salamin bilang isang butil o bilang isang alon. Ito ang batayan ng quantum physics - ganap, ganap na random na pag-uugali ng bagay sa micro level nang walang anumang dahilan (at sa ating mundo ng malalaking dami, alam natin mula sa karanasan na ang lahat ay may dahilan). Ito ay isang perpektong random na generator ng numero, hindi tulad ng isang coin toss.
Ang makinang na si Einstein, na nakatuklas ng photon, ay kumbinsido hanggang sa katapusan ng kanyang buhay na mali ang quantum physics, at tiniyak sa lahat na "ang Diyos ay hindi naglalaro ng dice." Ngunit ang modernong agham ay lalong nagpapatunay na ito ay naglalaro.
Sa isang paraan o iba pa, isang araw ay nagpasya ang mga siyentipiko na wakasan ang debate na "alon o butil" at muling gawin ang karanasan ni Jung na isinasaalang-alang ang mga teknolohiya ng ika-20 siglo. Sa oras na ito, natutunan nilang mag-shoot ng mga photon nang paisa-isa (mga quantum generator, na kilala sa populasyon bilang "lasers"), at samakatuwid ay napagpasyahan na suriin kung ano ang mangyayari sa screen kung ang isa ay pumutok ng isang particle sa dalawang slits: sa wakas ay magiging malinaw, kung ano ang bagay sa ilalim ng kontroladong mga pang-eksperimentong kundisyon.
At biglang - ang isang solong dami ng liwanag (photon) ay nagpakita ng isang pattern ng panghihimasok, iyon ay, ang particle ay lumipad sa parehong mga slits sa parehong oras, ang photon ay nakagambala sa sarili nito (sa mga pang-agham na termino). Linawin natin ang teknikal na punto - sa katunayan, ang larawan ng interference ay ipinakita hindi ng isang photon, ngunit sa pamamagitan ng isang serye ng mga pag-shot sa isang particle sa pagitan ng 10 segundo - sa paglipas ng panahon, ang mga fringes ni Young, pamilyar sa sinumang mag-aaral ng C mula noong 1801, ay lumitaw sa ang screen.
Mula sa punto ng view ng alon, ito ay lohikal - ang alon ay dumadaan sa mga bitak, at ngayon ang dalawang bagong alon ay naghihiwalay sa mga concentric na bilog, na magkakapatong sa bawat isa.
Ngunit mula sa isang corpuscular point of view, lumalabas na ang photon ay nasa dalawang lugar sa parehong oras kapag ito ay dumaan sa mga slits, at pagkatapos na dumaan ay humahalo sa sarili nito. Ito ay karaniwang normal, ha?
Normal lang pala. Bukod dito, dahil ang photon ay nasa dalawang slits nang sabay-sabay, nangangahulugan ito na ito ay sabay-sabay sa lahat ng dako bago ang mga slits at pagkatapos lumipad sa kanila. At sa pangkalahatan, mula sa punto ng view ng quantum physics, ang inilabas na photon sa pagitan ng simula at pagtatapos ay sabay-sabay na "kahit saan at sabay-sabay." Tinatawag ng mga physicist ang naturang paghahanap ng isang particle na "kahit saan nang sabay-sabay" na superposisyon - isang kakila-kilabot na salita, na dating isang mathematical pampering, ngayon ay naging isang pisikal na katotohanan.
Ang isang tiyak na E. Schrödinger, isang kilalang kalaban ng quantum physics, sa oras na ito ay naghukay ng isang pormula na naglalarawan sa mga katangian ng alon ng bagay, tulad ng tubig. At pagkatapos kong pag-isipan ito ng kaunti, sa aking takot, hinuhus ko ang tinatawag na function ng alon. Ipinakita ng function na ito ang posibilidad na makahanap ng photon sa isang tiyak na lokasyon. Tandaan na ito ay isang posibilidad, hindi isang eksaktong lokasyon. At ang posibilidad na ito ay nakasalalay sa parisukat ng taas ng quantum wave crest sa isang partikular na lokasyon (kung sinuman ang interesado sa mga detalye).
Maglalaan kami ng isang hiwalay na kabanata sa mga isyu ng pagsukat ng lokasyon ng mga particle.
Ang mga karagdagang pagtuklas ay nagpakita na ang mga bagay na may dualismo ay mas malala at mas mahiwaga.
Noong 1924, sinabi ng isang Louis de Broglie na ang wave-corpuscular properties ng liwanag ay ang dulo ng iceberg. At ang lahat ng elementarya na mga particle ay may ganitong hindi maintindihan na pag-aari.
Iyon ay, ang isang particle at isang alon sa parehong oras ay hindi lamang mga particle ng electromagnetic field (photon), kundi pati na rin ang mga tunay na particle tulad ng mga electron, proton, atbp. Ang lahat ng bagay sa paligid natin sa mikroskopikong antas ay mga alon(at mga particle sa parehong oras).
At pagkalipas ng ilang taon, nakumpirma pa nga ito sa eksperimento - ang mga Amerikano ay nagmaneho ng mga electron sa mga tubo ng cathode ray (na kilala sa mga lumang umutot ngayon sa ilalim ng pangalang "kinescope") - at kaya ang mga obserbasyon na may kaugnayan sa pagmuni-muni ng mga electron ay nakumpirma na ang isang elektron ay isang alon din (para sa kadalian ng pag-unawa, maaari mong sabihin na naglagay sila ng isang plato na may dalawang slits sa landas ng elektron at nakita ang pagkagambala ng elektron kung ano ito).
Sa ngayon, natuklasan ng mga eksperimento na ang mga atomo ay mayroon ding mga katangian ng alon, at maging ang ilang mga espesyal na uri ng mga molekula (ang tinatawag na "fullerenes") ay nagpapakita ng kanilang mga sarili bilang mga alon.
Magtatanong ang matanong na isip ng mambabasa na hindi pa natutulala sa ating kwento: kung ang bagay ay alon, bakit, halimbawa, ang lumilipad na bola ay hindi nababahiran sa kalawakan sa anyo ng alon? Bakit ang isang jet plane ay hindi katulad ng isang alon, ngunit ito ay halos kapareho sa isang jet plane?
Ipinaliwanag ni De Broglie, ang diyablo, ang lahat dito: oo, ang lumilipad na bola o isang Boeing ay isang alon din, ngunit ang haba ng alon na ito ay mas maikli, mas malaki ang salpok. Ang momentum ay mass times na bilis. Iyon ay, mas malaki ang masa ng bagay, mas maikli ang wavelength nito. Ang wavelength ng bola na lumilipad sa bilis na 150 km/h ay magiging humigit-kumulang 0.00 metro. Samakatuwid, hindi namin mapapansin kung paano kumalat ang bola sa espasyo bilang isang alon. Sa amin ito ay solidong bagay.
Ang electron ay isang napakagaan na particle at, lumilipad sa bilis na 6000 km/sec, magkakaroon ito ng kapansin-pansing wavelength na 0.0000000001 metro.
Sa pamamagitan ng paraan, sagutin natin agad ang tanong kung bakit ang atomic nucleus ay hindi masyadong "wavellike". Kahit na ito ay matatagpuan sa gitna ng atom, sa paligid kung saan ang elektron ay lumilipad nang baliw at sa parehong oras ay pinahiran, mayroon itong isang disenteng momentum na nauugnay sa masa ng mga proton at neutron, pati na rin ang mataas na dalas ng oscillation (bilis) dahil sa pagkakaroon ng patuloy na pagpapalitan ng mga particle sa loob ng malakas na interaksyon ng nucleus (basahin ang paksa). Samakatuwid, ang core ay mas katulad ng solid matter na pamilyar sa atin. Ang elektron, tila, ay ang tanging butil na may masa na malinaw na nagpahayag ng mga katangian ng alon, kaya lahat ay nag-aaral nito nang may galak.
Bumalik tayo sa ating mga particle. Kaya lumalabas: ang isang elektron na umiikot sa paligid ng isang atom ay parehong isang particle at isang alon. Ibig sabihin, umiikot ang particle, at kasabay nito, ang electron bilang isang alon ay kumakatawan sa isang shell ng isang tiyak na hugis sa paligid ng nucleus - paano ito maiintindihan ng utak ng tao?
Nakalkula na natin sa itaas na ang isang lumilipad na electron ay may medyo malaki (para sa isang microcosm) na wavelength, at upang magkasya sa paligid ng nucleus ng isang atom, ang naturang alon ay nangangailangan ng isang napakalaking espasyo. Ito ang eksaktong nagpapaliwanag ng malalaking sukat ng mga atomo kumpara sa nucleus. Tinutukoy ng mga wavelength ng electron ang laki ng atom. Ang walang laman na espasyo sa pagitan ng nucleus at ng ibabaw ng atom ay napupuno ng "akomodasyon" ng wavelength (at sa parehong oras na particle) ng electron. Ito ay isang napaka-krutas at hindi tamang paliwanag - mangyaring patawarin kami - sa katotohanan ang lahat ay mas kumplikado, ngunit ang aming layunin ay upang payagan ang mga taong interesado sa lahat ng ito na kumagat ng isang piraso ng granite ng agham.
Magliwanag na naman tayo! Pagkatapos ng ilang komento sa artikulo [sa YP], napagtanto namin kung anong mahalagang punto ang kulang sa artikulong ito. Pansin! Ang anyo ng bagay na inilalarawan natin ay hindi isang alon o isang butil. Ito lamang (sabay-sabay) ay may mga katangian ng isang alon at mga katangian ng mga particle. Hindi masasabi na ang electromagnetic wave o electron wave ay parang alon sa dagat o sound wave. Ang mga alon na pamilyar sa atin ay kumakatawan sa pagpapalaganap ng mga kaguluhan sa espasyo na puno ng ilang sangkap.
Ang mga photon, electron at iba pang mga pagkakataon ng microcosm, kapag gumagalaw sa kalawakan, ay maaaring ilarawan ng mga equation ng alon ang kanilang pag-uugali ay KATULAD lamang sa isang alon, ngunit sa anumang kaso ay hindi sila isang alon. Ito ay katulad ng corpuscular structure ng matter: ang pag-uugali ng isang particle ay katulad ng paglipad ng maliliit na point ball, ngunit ang mga ito ay hindi kailanman mga bola.
Dapat itong maunawaan at tanggapin, kung hindi, ang lahat ng ating mga iniisip ay hahantong sa huli sa paghahanap ng mga analogue sa macrocosm at sa gayon ang pag-unawa sa quantum physics ay magtatapos, at ang friarism o charlatan philosophy ay magsisimula, tulad ng quantum magic at ang materyalidad. ng mga kaisipan.
Isasaalang-alang namin ang natitirang nakakatakot na mga konklusyon at mga kahihinatnan ng modernized na eksperimento ni Jung sa susunod na bahagi - ang kawalan ng katiyakan ni Heisenberg, ang pusa ni Schrödinger, ang prinsipyo ng pagbubukod ng Pauli at quantum entanglement ay naghihintay sa pasyente at maalalahanin na mambabasa na muling magbabasa ng aming mga artikulo nang higit sa isang beses at maghahalungkat. sa pamamagitan ng Internet sa paghahanap ng karagdagang impormasyon.
Salamat sa lahat ng iyong atensyon. Happy insomnia o cognitive nightmares sa lahat!
NB: Masigasig naming ipinapaalala sa iyo na ang lahat ng mga larawan ay kinuha mula sa Google (paghahanap sa pamamagitan ng mga larawan) - ang pagiging may-akda ay tinutukoy doon.
Ang iligal na pagkopya ng teksto ay inuusig, pinipigilan, well, alam mo...
39. Wave-particle duality ng mga katangian ng matter.
Particle-wave dualism ng mga katangian ng EM radiation. Nangangahulugan ito na ang likas na katangian ng liwanag ay maaaring isaalang-alang mula sa dalawang panig: sa isang banda, ito ay isang alon, ang mga katangian nito ay ipinahayag sa mga batas ng pagpapalaganap ng liwanag, pagkagambala, pagkakaiba-iba, polariseysyon. Sa kabilang banda, ang liwanag ay isang stream ng mga particle na may enerhiya at momentum. Ang mga katangian ng corpuscular ng liwanag ay nagpapakita ng kanilang sarili sa mga proseso ng pakikipag-ugnayan ng liwanag sa bagay (photoelectric effect, Compton effect).
Sa pamamagitan ng pagsusuri, mauunawaan ng isa na kung mas mahaba ang wavelength l, mas mababa ang enerhiya (mula sa E = hс/l), mas maliit ang momentum, mas mahirap na tuklasin ang mga katangian ng quantum ng liwanag.
Ang mas maliit l => mas malaki ang enerhiya E ng photon, mas mahirap na tuklasin ang mga katangian ng alon ng liwanag.
Ang kaugnayan sa pagitan ng dalawahang particle-wave na katangian ng liwanag ay maaaring ipaliwanag kung ang isang istatistikal na diskarte ay ginagamit upang isaalang-alang ang mga pattern ng pamamahagi ng liwanag.
Halimbawa, ang diffraction ng liwanag sa pamamagitan ng isang slit: kapag ang liwanag ay dumaan sa isang slit, ang mga photon ay muling ipinamamahagi sa espasyo. Dahil ang posibilidad ng isang photon na tumama sa iba't ibang mga punto sa screen ay hindi pareho, lumilitaw ang isang pattern ng diffraction. Ang pag-iilaw ng screen (ang bilang ng mga photon na insidente dito) ay proporsyonal sa posibilidad ng isang photon na tumama sa puntong ito. Sa kabilang banda, ang pag-iilaw ng screen ay proporsyonal sa parisukat ng wave amplitude I~E 2 . Samakatuwid, ang parisukat ng amplitude ng isang light wave sa isang naibigay na punto sa espasyo ay isang sukatan ng posibilidad ng isang photon na tumama sa puntong iyon sa espasyo.
44. Schrödinger equation para sa mga nakatigil na estado.
Equation (217.5) tinatawag na Schrödinger equation para sa mga nakatigil na estado. Kasama sa equation na ito ang kabuuang enerhiya bilang parameter E mga particle. Sa teorya ng mga differential equation, napatunayan na ang mga naturang equation ay may walang katapusang bilang ng mga solusyon, kung saan ang mga solusyon na may pisikal na kahulugan ay pinili sa pamamagitan ng pagpapataw ng mga kundisyon sa hangganan. Para sa Schrödinger equation, ang mga ganitong kundisyon ay ang mga kundisyon para sa regularidad ng mga function ng wave: ang mga function ng wave ay dapat na may hangganan, single-valued at tuluy-tuloy kasama ng kanilang mga unang derivatives. Kaya, ang mga solusyon lamang na ipinahayag ng mga regular na function ay may tunay na pisikal na kahulugan Ngunit ang mga regular na solusyon ay hindi nagaganap para sa anumang mga halaga ng parameter. E, a para lamang sa isang tiyak na hanay ng mga ito, katangian ng isang naibigay na gawain. Ang mga halaga ng enerhiya na ito ay tinatawag sariling. Mga solusyon na tumutugma sariling Ang mga halaga ng enerhiya ay tinatawag sariling function. Eigenvalues E maaaring bumuo ng alinman sa tuloy-tuloy o discrete na serye. Sa unang kaso na pinag-uusapan natin tuloy-tuloy, o tuloy-tuloy na spectrum sa pangalawa - tungkol sa discrete spectrum.
40. De Broglie waves at ang kanilang mga katangian.
Nagtalo si De Broglie na hindi lamang mga photon, kundi pati na rin ang mga electron at anumang iba pang particle ng matter, kasama ng mga corpuscular, ay mayroon ding mga katangian ng alon. Kaya, ayon kay de Broglie, kasama bawat microobject ay konektado, sa isang banda, corpuscular katangian - enerhiya E at momentum R, at sa kabilang banda - katangian ng alon- frequency v at wavelength SA. Ang mga quantitative na relasyon na nagkokonekta sa corpuscular at wave properties ng mga particle ay kapareho ng para sa mga photon: E= hv, p= h/ . (213.1) Ang katapangan ng hypothesis ni de Broglie ay tiyak na nakalagay sa katotohanan na ang kaugnayan (213.1) ay nai-postulate hindi lamang para sa mga photon, kundi pati na rin para sa iba pang microparticle, lalo na para sa mga may rest mass. Kaya, ang anumang particle na may momentum ay nauugnay sa isang proseso ng alon na may natukoy na haba ng daluyong ayon sa formula ni de Broglie: = h/ p. (213.2) Ang kaugnayan na ito ay may bisa para sa anumang particle na may momentum R. Sa lalong madaling panahon ang hypothesis ni de Broglie ay nakumpirma sa eksperimento. (K. Davisson, L. Germer) natuklasan na ang isang sinag ng mga electron na nakakalat mula sa isang natural na diffraction grating - isang nickel crystal - ay nagbibigay ng natatanging pattern ng diffraction. Ang diffraction maxima ay tumutugma sa Wulff-Bragg formula (182.1), at ang Bragg wavelength ay naging eksaktong katumbas ng wavelength na kinakalkula gamit ang formula (213.2). Kasunod nito, ang pormula ni de Broglie ay nakumpirma ng mga eksperimento ni P. S. Tartakovsky at G. Thomson, na naobserbahan ang pattern ng diffraction kapag ang isang sinag ng mabilis na mga electron (enerhiya 50 keV) ay dumaan sa metal foil (kapal 1 μm). Dahil ang pattern ng diffraction ay pinag-aralan para sa isang daloy ng mga electron, kinakailangan upang patunayan na ang mga katangian ng alon ay likas hindi lamang sa daloy ng isang malaking koleksyon ng mga electron, kundi pati na rin sa bawat elektron nang paisa-isa. Ito ay eksperimento na nakumpirma noong 1948 ng Soviet physicist na si V. A. Fabrikant (b. 1907). Ipinakita niya na kahit na sa kaso ng isang mahinang electron beam, kapag ang bawat electron ay dumaan sa device nang independiyente sa iba (ang agwat ng oras sa pagitan ng dalawang electron ay 10 4 na beses na mas mahaba kaysa sa oras na kinakailangan ng isang electron upang dumaan sa device) , ang pattern ng diffraction na lumilitaw sa mahabang pagkakalantad ay hindi naiiba sa mga pattern ng diffraction na nakuha na may maikling pagkakalantad sa mga daloy ng elektron ng sampu-sampung milyong beses na mas matindi. Dahil dito, ang mga katangian ng alon ng mga particle ay hindi isang pag-aari ng kanilang kolektibo, ngunit likas sa bawat particle nang paisa-isa. Kasunod nito, natuklasan din ang diffraction phenomena para sa mga neutron, proton, atomic at molecular beam. Ang pang-eksperimentong patunay ng pagkakaroon ng mga katangian ng alon ng mga microparticle ay humantong sa konklusyon na mayroon tayo sa harap natin ng isang unibersal na kababalaghan, isang pangkalahatang pag-aari ng bagay. Ngunit ang mga katangian ng alon ay dapat ding likas sa mga macroscopic na katawan. Bakit hindi sila natuklasan sa eksperimentong paraan? Halimbawa, ang isang particle na may mass na 1 g na gumagalaw sa bilis na 1 m/s ay tumutugma sa isang de Broglie wave na may =6.62 10 -31 m d10 -31 m ay wala). Samakatuwid, pinaniniwalaan na ang mga macroscopic body ay nagpapakita lamang ng isang bahagi ng kanilang mga katangian - ang corpuscular one - at hindi nagpapakita ng wave one. Ang ideya ng dual particle-wave na kalikasan ng mga particle ng bagay ay higit na pinalalim ng katotohanan na ang koneksyon sa pagitan ng kabuuang enerhiya ng particle ay inililipat sa mga particle ng bagay. G at frequency v ng de Broglie waves: e=hv. (213.3) Ito ay nagpapahiwatig na ang relasyon sa pagitan ng enerhiya at dalas sa formula (213.3) ay may karakter pangkalahatang ratio, wasto kapwa para sa mga photon at para sa anumang iba pang microparticle. Ang bisa ng kaugnayan (213.3) ay sumusunod mula sa kasunduan sa karanasan ng mga teoretikal na resulta na nakuha sa tulong nito sa quantum mechanics, atomic at nuclear physics. Ang eksperimento na nakumpirma ni De Broglie na hypothesis tungkol sa wave-particle duality ng mga katangian ng matter ay radikal na nagbago sa ideya ng mga katangian ng micro-objects. Ang lahat ng microobjects ay may parehong corpuscular at wave properties; sa parehong oras, alinman sa mga microparticle ay hindi maaaring ituring na alinman sa isang particle o isang alon sa klasikal na kahulugan. Ang modernong interpretasyon ng wave-particle duality ay maaaring ipahayag sa mga salita ng Soviet theoretical physicist na si V. A. Fock (1898-1974): "Maaari nating sabihin na para sa isang atomic na bagay ay may potensyal na pagkakataon na magpakita ng sarili, depende sa mga panlabas na kondisyon, alinman bilang isang alon o bilang isang butil, o sa isang intermediate na paraan. Ito ay nasa ito potensyal na pagkakataon iba't ibang mga pagpapakita ng mga katangian na likas sa isang microobject ang bumubuo sa wave-particle dualism. Anumang iba, mas literal, ang pag-unawa sa dualismong ito sa anyo ng ilang uri ng modelo ay hindi tama."
Panimula
Halos sabay-sabay, dalawang teorya ng liwanag ang iniharap: ang corpuscular theory ni Newton at ang wave theory ni Huygens.
Ayon sa corpuscular theory, o theory of outflow, na iniharap ni Newton sa pagtatapos ng ika-17 siglo, ang mga makinang na katawan ay naglalabas ng maliliit na particle (corpuscles) na lumilipad nang diretso sa lahat ng direksyon at, kapag sila ay pumasok sa mata, nagdudulot ng pandamdam ng liwanag. .
Ayon sa wave theory, ang isang makinang na katawan ay nagdudulot ng elastic vibrations sa isang espesyal na medium na pumupuno sa buong cosmic space - ang world ether - na nagpapalaganap sa ether tulad ng sound waves sa hangin.
Sa panahon nina Newton at Huygens, ang karamihan sa mga siyentipiko ay sumunod sa teorya ng corpuscular ni Newton, na lubos na kasiya-siyang ipinaliwanag ang lahat ng mga light phenomena na kilala noong panahong iyon. Ang pagmuni-muni ng liwanag ay ipinaliwanag na katulad ng pagmuni-muni ng mga nababanat na katawan sa pagtama sa isang eroplano. Ang repraksyon ng liwanag ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagkilos ng malalaking kaakit-akit na pwersa sa mga corpuscles mula sa isang mas siksik na daluyan. Sa ilalim ng impluwensya ng mga pwersang ito, na nagpapakita ng kanilang mga sarili, ayon sa teorya ni Newton, kapag papalapit sa isang mas siksik na daluyan, ang mga light corpuscle ay nakatanggap ng acceleration na nakadirekta patayo sa hangganan ng medium na ito, bilang isang resulta kung saan binago nila ang direksyon ng paggalaw at sa sabay na pagtaas ng kanilang bilis. Ang iba pang mga light phenomena ay ipinaliwanag nang katulad.
Kasunod nito, ang mga bagong obserbasyon na lumitaw ay hindi umaangkop sa balangkas ng teoryang ito. Sa partikular, ang hindi pagkakapare-pareho ng teoryang ito ay natuklasan kapag ang bilis ng pagpapalaganap ng liwanag sa tubig ay sinusukat. Ito ay naging hindi higit pa, ngunit mas mababa kaysa sa hangin.
Sa simula ng ika-19 na siglo, ang teorya ng alon ni Huygens, na hindi kinikilala ng kanyang mga kontemporaryo, ay binuo at pinahusay nina Young at Fresnel at nakatanggap ng unibersal na pagkilala. Noong 60s ng huling siglo, pagkatapos binuo ni Maxwell ang teorya ng electromagnetic field, lumabas na ang liwanag ay mga electromagnetic wave. Kaya, ang wave mechanistic theory ng liwanag ay pinalitan ng wave electromagnetic theory. Ang mga light wave (visible spectrum) ay sumasakop sa hanay na 0.4–0.7 µm sa electromagnetic wave scale. Ang wave theory of light ni Maxwell, na tinatrato ang radiation bilang isang tuluy-tuloy na proseso, ay hindi maipaliwanag ang ilan sa mga bagong natuklasang optical phenomena. Ito ay dinagdagan ng quantum theory ng liwanag, ayon sa kung saan ang enerhiya ng isang light wave ay ibinubuga, ipinamamahagi at hinihigop nang hindi tuloy-tuloy, ngunit sa ilang mga bahagi - light quanta, o photon - na nakasalalay lamang sa haba ng light wave. Kaya, ayon sa mga modernong konsepto, ang liwanag ay may parehong wave at corpuscular properties.
Panghihimasok ng liwanag
Ang mga alon na lumilikha ng mga oscillations sa bawat punto sa espasyo na may pagkakaiba sa bahagi na hindi nagbabago sa paglipas ng panahon ay tinatawag na magkakaugnay. Ang pagkakaiba sa bahagi sa kasong ito ay may pare-pareho, ngunit, sa pangkalahatan, iba't ibang halaga para sa iba't ibang mga punto sa espasyo. Malinaw na ang mga alon lamang ng parehong dalas ang maaaring magkakaugnay.
Kapag ang ilang magkakaugnay na alon ay nagpapalaganap sa kalawakan, ang mga oscillation na nabuo ng mga alon na ito ay nagpapalakas sa isa't isa sa ilang mga punto at nagpapahina sa isa't isa sa iba. Ang phenomenon na ito ay tinatawag na wave interference. Ang mga alon ng anumang pisikal na kalikasan ay maaaring makagambala. Titingnan natin ang interference ng light waves.
Ang mga pinagmumulan ng magkakaugnay na alon ay tinatawag ding magkakaugnay. Kapag ang isang partikular na ibabaw ay naiilaw ng ilang magkakaugnay na pinagmumulan ng liwanag, ang mga salit-salit na liwanag at madilim na guhit ay karaniwang lumilitaw sa ibabaw na ito.
Dalawang independiyenteng pinagmumulan ng ilaw, halimbawa dalawang electric lamp, ay hindi magkakaugnay. Ang mga ilaw na alon na kanilang inilalabas ay resulta ng pagdaragdag ng isang malaking bilang ng mga alon na ibinubuga ng mga indibidwal na atomo. Ang paglabas ng mga alon ng mga atomo ay nangyayari nang sapalaran, at samakatuwid ay walang pare-parehong ugnayan sa pagitan ng mga yugto ng mga alon na ibinubuga ng dalawang pinagmumulan.
Kapag ang ibabaw ay iluminado ng hindi magkakaugnay na mga mapagkukunan, ang pattern ng alternating light at dark stripes na katangian ng interference ay hindi lilitaw. Ang pag-iilaw sa bawat punto ay lumalabas na katumbas ng kabuuan ng pag-iilaw na nilikha ng bawat isa sa mga mapagkukunan nang hiwalay.
Ang magkakaugnay na mga alon ay nagagawa sa pamamagitan ng paghahati ng isang sinag ng liwanag mula sa isang pinagmumulan sa dalawa o higit pang magkahiwalay na sinag.
Ang interference ng liwanag ay maaaring maobserbahan kapag nag-iilaw sa isang transparent na plato na may variable na kapal, lalo na sa isang hugis-wedge na plato, na may mga monochromatic (isang kulay) na sinag. Ang mata ng nagmamasid ay makakatanggap ng mga alon na makikita mula sa harap at likod na ibabaw ng plato. Ang resulta ng interference ay tinutukoy ng pagkakaiba sa mga yugto ng mga ito at ng iba pang mga alon, na unti-unting nagbabago sa mga pagbabago sa kapal
mga tala. Ang pag-iilaw ay nagbabago nang naaayon: kung ang pagkakaiba sa landas ng mga nakakasagabal na alon sa isang tiyak na punto sa ibabaw ng plato ay katumbas ng isang pantay na bilang ng mga kalahating alon, kung gayon sa puntong ito ang ibabaw ay lilitaw na magaan; ay isang kakaibang bilang ng mga kalahating alon, ito ay lalabas na madilim.Kapag ang isang plane-parallel plate ay naiilaw ng isang parallel beam, ang pagkakaiba ng bahagi ng mga light wave na sinasalamin mula sa harap at likurang ibabaw nito ay pareho sa lahat ng mga punto - ang plato ay lilitaw na pantay na naiilaw.
Sa paligid ng punto ng pakikipag-ugnay ng isang bahagyang matambok na baso na may isang patag, kapag naiilaw ng isang kulay na ilaw, ang madilim at maliwanag na mga singsing ay sinusunod - ang tinatawag na mga singsing ng Newton. Dito, ang pinakamanipis na layer ng hangin sa pagitan ng parehong baso ay gumaganap ng papel ng isang reflective film, na may pare-parehong kapal sa mga concentric na bilog.
Diffraction ng liwanag.
Ang isang light wave ay hindi nagbabago sa geometric na hugis ng harap kapag nagpapalaganap sa isang homogenous na daluyan. Gayunpaman, kung ang ilaw ay kumakalat sa isang hindi homogenous na daluyan, kung saan, halimbawa, may mga opaque na screen, mga lugar ng espasyo na may medyo matalim na pagbabago sa refractive index, atbp., pagkatapos ay isang pagbaluktot ng harap ng alon ay sinusunod. Sa kasong ito, ang muling pamamahagi ng intensity ng light wave ay nangyayari sa espasyo. Kapag nag-iilaw, halimbawa, ang mga opaque na screen na may puntong pinagmumulan ng liwanag sa hangganan ng anino, kung saan, ayon sa mga batas ng geometric na optika, dapat magkaroon ng isang biglaang paglipat mula sa anino patungo sa liwanag, ang isang bilang ng mga madilim at magaan na guhitan ay sinusunod; ang bahagi ng liwanag ay tumagos sa rehiyon ng geometric na anino. Ang mga phenomena na ito ay nauugnay sa diffraction ng liwanag.
Kaya, ang diffraction ng liwanag sa makitid na kahulugan ay ang kababalaghan ng liwanag na baluktot sa paligid ng tabas ng mga opaque na katawan at liwanag na pumapasok sa rehiyon ng isang geometric na anino; sa isang malawak na kahulugan, anumang paglihis sa pagpapalaganap ng liwanag mula sa mga batas ng geometric na optika.
Depinisyon ni Sommerfeld: ang diffraction ng liwanag ay nauunawaan bilang anumang paglihis mula sa rectilinear propagation kung hindi ito maipaliwanag bilang resulta ng pagmuni-muni, repraksyon o pagyuko ng mga sinag ng liwanag sa media na may patuloy na pagbabago ng refractive index.
Kung ang daluyan ay naglalaman ng maliliit na particle (fog) o ang refractive index ay kapansin-pansing nagbabago sa mga distansya ng pagkakasunud-sunod ng wavelength, kung gayon sa mga kasong ito ay pinag-uusapan natin ang tungkol sa pagkalat ng liwanag at ang terminong "diffraction" ay hindi ginagamit.
Mayroong dalawang uri ng light diffraction. Sa pamamagitan ng pag-aaral ng pattern ng diffraction sa isang observation point na matatagpuan sa isang may hangganang distansya mula sa isang obstacle, kami ay nakikitungo sa Fresnel diffraction. Kung ang punto ng pagmamasid at ang pinagmumulan ng liwanag ay matatagpuan sa malayo mula sa balakid na ang mga sinag na insidente sa balakid at ang mga sinag na papunta sa punto ng pagmamasid ay maaaring ituring na magkatulad na mga sinag, pagkatapos ay pinag-uusapan natin ang tungkol sa diffraction sa parallel ray - Fraunhofer diffraction.
Isinasaalang-alang ng teorya ng diffraction ang mga proseso ng alon sa mga kaso kung saan mayroong anumang mga hadlang sa landas ng pagpapalaganap ng alon.
Gamit ang teorya ng diffraction, mga problema tulad ng proteksyon sa ingay gamit ang mga acoustic screen, ang pagpapalaganap ng mga radio wave sa ibabaw ng Earth, ang pagpapatakbo ng mga optical na instrumento (dahil ang imahe na ibinibigay ng isang lens ay palaging isang pattern ng diffraction), ang mga sukat ng kalidad ng ibabaw, ang pag-aaral ng istraktura ng bagay, at marami pang iba ay nalutas.
Polarisasyon ng liwanag
Ang phenomena ng interference at diffraction, na nagsilbi upang patunayan ang wave nature ng liwanag, ay hindi pa nagbibigay ng kumpletong larawan ng kalikasan ng light waves. Ang mga bagong feature ay ipinahayag sa amin sa pamamagitan ng karanasan ng pagpasa ng liwanag sa mga kristal, lalo na sa pamamagitan ng tourmaline.
Kumuha tayo ng dalawang magkaparehong hugis-parihaba na tourmaline plate, gupitin upang ang isa sa mga gilid ng rektanggulo ay tumutugma sa isang tiyak na direksyon sa loob ng kristal, na tinatawag na optical axis. Ilagay natin ang isang plato sa ibabaw ng isa upang ang kanilang mga palakol ay magkasabay sa direksyon, at ipasa ang isang makitid na sinag ng liwanag mula sa isang parol o araw sa pamamagitan ng nakatiklop na pares ng mga plato. Dahil ang tourmaline ay isang brown-green na kristal, ang bakas ng transmitted beam ay lalabas sa screen bilang isang dark green speck. Simulan natin ang pag-ikot ng isa sa mga plato sa paligid ng beam, na iniiwan ang pangalawa na hindi gumagalaw. Malalaman natin na ang bakas ng sinag ay nagiging mas mahina, at kapag ang plato ay pinaikot 90 0, ito ay ganap na mawawala. Sa karagdagang pag-ikot ng plato, ang dumadaan na sinag ay muling magsisimulang tumindi at maabot ang dating intensity nito kapag umiikot ang plato ng 180 0, i.e. kapag ang mga optical axes ng mga plato ay muling magkatulad. Sa karagdagang pag-ikot ng tourmaline, humihina muli ang sinag.
Ang lahat ng naobserbahang phenomena ay maaaring ipaliwanag kung ang mga sumusunod na konklusyon ay iguguhit.
1) Ang mga light vibrations sa beam ay nakadirekta patayo sa linya ng pagpapalaganap ng liwanag (ang mga light wave ay nakahalang).
2) Ang Tourmaline ay may kakayahang magpadala ng mga light vibrations lamang kapag ang mga ito ay nakadirekta sa isang tiyak na paraan na may kaugnayan sa axis nito.
3) Sa liwanag ng isang parol (ang araw), ang mga transverse vibrations ng anumang direksyon ay ipinakita at, bukod dito, sa parehong proporsyon, upang walang isang direksyon ang nangingibabaw.
Duality ng wave-particle– ang pag-aari ng anumang microparticle upang makita ang mga palatandaan ng isang particle (corpuscle) at isang alon. Ang duality ng wave-particle ay pinaka-malinaw na ipinakita sa elementarya na mga particle. Ang isang electron, isang neutron, isang photon, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ay kumikilos tulad ng well-localized na materyal na mga bagay (mga partikulo) sa kalawakan, na gumagalaw na may ilang mga enerhiya at impulses kasama ang mga klasikal na tilapon, at sa iba pa, tulad ng mga alon, na ipinapakita sa kanilang kakayahang interfere at diffraction. Kaya, ang isang electromagnetic wave, na nakakalat sa mga libreng electron, ay kumikilos tulad ng isang stream ng mga indibidwal na particle - mga photon, na quanta ng electromagnetic field (Compton effect), at ang momentum ng photon ay ibinibigay ng formula p = h/λ, kung saan ang λ ay ang haba ng electromagnetic wave, at ang h ay ang pare-pareho ng Planck. Ang pormula na ito mismo ay katibayan ng dualismo. Sa loob nito, sa kaliwa ay ang momentum ng isang indibidwal na particle (photon), at sa kanan ay ang wavelength ng photon. Ang duality ng mga electron, na nakasanayan nating isaalang-alang bilang mga particle, ay ipinahayag sa katotohanan na kapag makikita mula sa ibabaw ng isang kristal, isang pattern ng diffraction ay sinusunod, na isang pagpapakita ng mga katangian ng alon ng mga electron. Ang quantitative na relasyon sa pagitan ng corpuscular at wave na katangian ng isang electron ay kapareho ng para sa isang photon: р = h/λ (р ay ang momentum ng electron, at λ ang de Broglie wavelength nito). Ang duality ng wave-particle ay ang batayan ng quantum physics.
Ang alon (fur) ay isang proseso na palaging nauugnay sa isang materyal na kapaligiran na sumasakop sa isang tiyak na dami sa espasyo.
64. Kumaway si De Broglie. Electron diffraction Mga katangian ng alon ng microparticle.
Ang pagbuo ng mga ideya tungkol sa mga katangian ng corpuscular-wave ng matter na natanggap sa hypothesis tungkol sa wave nature ng paggalaw ng microparticle. Louis de Broglie, mula sa ideya ng simetrya sa kalikasan para sa mga particle ng bagay at liwanag, na maiugnay sa anumang microparticle ng isang tiyak na panloob na pana-panahong proseso (1924). Pinagsasama ang mga formula na E = hν at E = mc 2, nakakuha siya ng kaugnayan na nagpapakita na ang anumang particle ay may sarili nitong haba ng daluyong : λ B = h/mv = h/p, kung saan ang p ay ang momentum ng wave-particle. Halimbawa, para sa isang electron na may enerhiya na 10 eV, ang wavelength ng de Broglie ay 0.388 nm. Kasunod nito, ipinakita na ang estado ng isang microparticle sa quantum mechanics ay maaaring ilarawan ng isang tiyak na kumplikado. function ng alon mga coordinate Ψ(q), at ang squared modulus ng function na ito |Ψ| 2 ay tumutukoy sa probability distribution ng coordinate values. Ang function na ito ay unang ipinakilala sa quantum mechanics ni Schrödinger noong 1926. Kaya, ang de Broglie wave ay hindi nagdadala ng enerhiya, ngunit sumasalamin lamang sa "phase distribution" ng ilang probabilistikong periodic na proseso sa kalawakan. Dahil dito, ang paglalarawan ng estado ng mga bagay sa microworld ay probabilistikong kalikasan, sa kaibahan sa mga bagay ng macroworld, na inilalarawan ng mga batas ng klasikal na mekanika.
Upang patunayan ang ideya ni de Broglie tungkol sa likas na alon ng microparticle, iminungkahi ng German physicist na si Elsasser ang paggamit ng mga kristal upang obserbahan ang electron diffraction (1925). Sa USA, natuklasan nina K. Davisson at L. Germer ang phenomenon ng diffraction kapag ang isang electron beam ay dumaan sa isang plato ng nickel crystal (1927). Malaya sa kanila, ang diffraction ng mga electron na dumadaan sa metal foil ay natuklasan ni J.P. Thomson sa England at P.S. Tartakovsky sa USSR. Kaya, ang ideya ni de Broglie tungkol sa mga katangian ng alon ng bagay ay nakahanap ng pang-eksperimentong kumpirmasyon. Kasunod nito, ang diffraction, at samakatuwid ay alon, ang mga katangian ay natuklasan sa mga atomic at molecular beam. Hindi lamang mga photon at electron, kundi pati na rin ang lahat ng microparticle ay may mga katangian ng particle-wave.
Ang pagtuklas ng mga katangian ng alon ng microparticle ay nagpakita na ang mga anyo ng bagay bilang field (patuloy) at matter (discrete), na mula sa punto ng view ng classical physics ay itinuturing na qualitatively different, sa ilalim ng ilang mga kundisyon ay maaaring magpakita ng mga katangian na likas sa parehong anyo. Ito ay nagsasalita ng pagkakaisa ng mga anyo ng bagay na ito. Ang isang kumpletong paglalarawan ng kanilang mga ari-arian ay posible lamang sa batayan ng magkasalungat, ngunit komplementaryong, mga ideya.
