Czym jest dualność fali-cząstki?

W ciągu ostatnich stu lat nauka poczyniła wielkie postępy w badaniu struktury naszego świata, zarówno na poziomie mikroskopowym, jak i makroskopowym. Niesamowite odkrycia przyniesione nam przez specjalne i ogólne teorie względności mechanika kwantowa wciąż ekscytuje umysły społeczeństwa. Jednak każda wykształcona osoba musi zrozumieć przynajmniej podstawy współczesnej nauki. Jednym z najbardziej imponujących i ważnych momentów jest dwoistość fali-cząstki. Jest to paradoksalne odkrycie, którego zrozumienie jest poza kontrolą intuicyjnej codziennej percepcji.

Corpuscles i fale

Po raz pierwszy odkryto dualizm w badaniu światła, które zachowywało się zupełnie inaczej w zależności od warunków. Z jednej strony okazało się, że światło jest optyczne fala elektromagnetyczna. Z drugiej strony - dyskretna cząstka (chemiczne działanie światła). Początkowo naukowcy uważali, że te dwie reprezentacje wykluczają się nawzajem. Jednak liczne eksperymenty wykazały, że tak nie jest. Stopniowo rzeczywistość takiej rzeczy jak dualność fali-cząsteczki stała się zwyczajna. Ta koncepcja jest podstawą do badania zachowania złożonych obiektów kwantowych, które nie są ani falami, ani cząstkami, lecz tylko nabywają właściwości tego drugiego lub pierwszego, w zależności od pewnych warunków.

Doświadcz z dwoma gniazdami

Dyfrakcja fotonów jest wyraźną demonstracją dualizmu. Detektorem naładowanych cząstek jest ekran luminescencyjny lub fotoplate. Każdy poszczególny foton oznaczono błyskiem punktowym lub punktowym. Połączenie takich znaków dawało wzór interferencji - naprzemienność słabo i silnie podświetlonych pasków, co jest cechą dyfrakcji falowej. Wyjaśnia to taka koncepcja, jak dualność fali-cząstki. Słynny fizyk i laureat Nagrody Nobla, Richard Feynman, powiedział, że materia zachowuje się na małą skalę, tak że nie można wyczuć "naturalności" zachowania kwantów.

Uniwersalny dualizm

Jednak to doświadczenie jest ważne nie tylko dla fotonów. Okazało się, że dualizm jest własnością wszelkiej materii i jest uniwersalny. Heisenberg argumentował, że materia istnieje naprzemiennie w obu wariantach. Dziś absolutnie udowodniono, że obie właściwości manifestują się całkowicie jednocześnie.

Fala koronnacular

I jak wytłumaczyć to zachowanie materii? Fala, która jest nieodłącznym elementem ciałek (cząstek), nazywana jest falą de Broglie, w imieniu młodego arystokrata-naukowca, który zaproponował rozwiązanie tego problemu. Uważa się, że równania de Broglie opisują funkcję falową, która w kwadracie określa tylko prawdopodobieństwo, że cząstka znajduje się w różnych momentach w różnych punktach przestrzeni. Po prostu, fala de Broglie jest prawdopodobna. W ten sposób ustalono równość między matematyczną koncepcją (prawdopodobieństwem) a rzeczywistym procesem.

Pole kwantowe

Czym są ciałka substancji? W zasadzie, to są kwanty pola falowe. Foton jest kwantem pola elektromagnetycznego, pozyton i elektron jest elektronem-pozytonem, mezon jest kwantem pola mezonów i tak dalej. Interakcję między polami falowymi tłumaczy się wymianą między nimi przez pewne cząstki pośrednie, na przykład w przypadku oddziaływania elektromagnetycznego wymienia się fotony. Z tego wynika bezpośrednio kolejne potwierdzenie, że procesy falowe opisane przez de Broglie są absolutnie rzeczywistymi zjawiskami fizycznymi. A dualność falowo-cząstkowych nie działa jak "tajemnicza ukryta własność", która charakteryzuje zdolność cząstek do "reinkarnacji". Wyraźnie pokazuje dwa wzajemnie powiązane działania - ruch obiektu i związany z nim proces falowania.

Efekt tunelu

Dwoistość fal świetlnych jest powiązana z wieloma innymi interesującymi zjawiskami. Kierunek działania fal de Broglie przejawia się w tzw. Efekcie tunelowym, czyli gdy fotony przenikają przez barierę energetyczną. Zjawisko to wynika ze średniej wartości przekraczającej moment pędu w momencie antyinodów falowych. Przy pomocy tunelowania można było opracować szereg urządzeń elektronicznych.

Interferencja kwantów światła

Współczesna nauka mówi o interferencji fotonów tak tajemniczo, jak o interferencji elektronów. Okazuje się, że foton, który jest niepodzielną cząstką, może jednocześnie podróżować po każdej otwartej ścieżce i ingerować w siebie. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że dwoistość cząstki falowej właściwości substancji i fotonu jest falą, która obejmuje wiele elementów strukturalnych, wówczas jej podzielność nie jest wykluczona. Jest to sprzeczne z poprzednimi poglądami na cząstkę jako elementarną niepodzielną formację. Posiadając pewną masę ruchu, foton tworzy falę podłużną związaną z tym ruchem, który poprzedza samą cząstkę, ponieważ prędkość fali podłużnej jest większa niż poprzeczna fala elektromagnetyczna. Dlatego istnieją dwa wyjaśnienia interferencji fotonu z samym sobą: cząstka dzieli się na dwa składniki, które interferują ze sobą; Fala fotonów porusza się na dwa sposoby i tworzy wzór interferencji. Stwierdzono eksperymentalnie, że powstaje wzór interferencji polegający na przemian przechodzącej pojedynczo naładowanych cząstek fotonów przez interferometr. Potwierdza to tezę, że każdy poszczególny foton sam w sobie przeszkadza. Widać to szczególnie wyraźnie, biorąc pod uwagę fakt, że światło (niekoherentne i nie monochromatyczne) jest zbiorem fotonów, które są emitowane przez atomy w połączonych i przypadkowych procesach.

Czym jest światło?

Fala świetlna jest nie zlokalizowanym polem elektromagnetycznym, które jest rozproszone w przestrzeni. Pole elektromagnetyczne fali ma masową gęstość energii, która jest proporcjonalna do kwadratu amplitudy. Oznacza to, że gęstość energii może zmieniać się o dowolną wartość, to znaczy jest ciągła. Z jednej strony światło jest strumieniem kwantów i fotonów (ciałek), które ze względu na uniwersalność takiego zjawiska, jak dualizm cząstek falowych, są właściwościami fali elektromagnetycznej. Na przykład w zjawisku interferencji i dyfrakcji oraz w skali światło wyraźnie pokazuje charakterystykę fali. Na przykład pojedynczy foton, jak opisano powyżej, przechodząc przez podwójną szczelinę, tworzy wzór interferencji. Przy pomocy eksperymentów udowodniono, że pojedynczy foton nie jest impulsem elektromagnetycznym. Nie można go podzielić na belki z dzielnikami wiązek, jak pokazali francuscy fizycy Aspe, Roger i Grange.

Światło ma również właściwości korpuskularne, które pojawiają się, gdy Efekt Compton i dzięki efektowi fotoelektrycznemu. Foton może zachowywać się jak cząstka pochłonięta przez obiekty jako całość, której wymiary są znacznie mniejsze niż jej długość fali (na przykład jądro atomowe). W niektórych przypadkach fotony mogą być uważane za obiekty punktowe. Nie ma różnicy, z której pozycji należy brać pod uwagę właściwości światła. W polu widzenia kolorów strumień światła może pełnić funkcje zarówno fal, jak i cząstek - fotonów jako kwantowej energii. Punkt skupienia skupiony na fotoreceptorze siatkówki, na przykład na membranie stożkowej, może pozwolić, by oko tworzyło własną przefiltrowaną wartość jako główne spektralne promienie światła i sortować je według długości fali. Zgodnie z wartościami energii kwantów, w mózgu punkt podmiotu zostanie przeniesiony na odczucie koloru (skupiony obraz optyczny).