Első pillantásra a furcsa-részecske kettősség fogalma valóban furcsa. Valószínűleg már korábban is tanult a hullámokról, és tudja, hogy ezek zavarják a közeget, és valószínűleg a részecskékről is, amelyek különálló fizikai tárgyak. Tehát az az ötlet, hogy egyes dolgoknak mindkettőjük tulajdonságai vannak, nemcsak furcsának, de fizikailag is lehetetlennek tűnhet.
Ez a cikk megismerteti Önt a hullám-részecske kettősség gondolatával, és áttekintést nyújt a koncepció kialakulásának módjáról és hogy kiderül, hogy ez sok esetben kiváló valóságleírás, különösen a kvantum területén fizika.
Hullámok és Wavelike tulajdonságok
Kezdjük azzal, hogy áttekintjük, mi minősül hullámnak. A hullámot úgy definiálják, mint egy közegben bekövetkező zavart, amely az egyik helyről a másikra terjed, energiát visz át a folyamatban, de a tömeget nem.
A közegben, amelyen keresztül a hullám mozog, az egyes molekulák egyszerűen a helyükön rezegnek. Jó példa erre a stadionban lévő tömeg, amely „hullámot” csinál. Minden egyén egyszerűen feláll és leül, a helyén ingadozik, miközben maga a hullám körbejárja az egész stadiont.
A hullám tulajdonságai közé tartozik a hullámhossz (a hullámcsúcsok közötti távolság), a frekvencia (a hullámciklusok száma per másodperc), periódus (az az idő, amely egy teljes hullámciklushoz és sebességhez szükséges (a zavar milyen gyorsan halad).
Részecske tulajdonságai és részecske jellege
A részecskék különálló fizikai objektumok. Jól meghatározott helyzetük van a térben, és amikor egyik helyről a másikra mozognak, nemcsak energiát, hanem saját tömegüket is továbbítják.
A hullámokkal ellentétben nincs szükségük olyan közegre, amelyen keresztül mozoghatnak. Szintén nincs értelme hullámhosszal, gyakorisággal és periódussal leírni őket. Ehelyett általában tömegük, helyzetük és sebességük alapján írják le őket.
Hullám-részecske kettősség és elektromágneses sugárzás
Amikor az fényjelenség először tanulmányozták, a tudósok nem értettek egyet abban, hogy hullám vagy részecske-e. Isaac Newton korpuszkuláris fényleírása azt állította, hogy a részecske volt, és ötleteket dolgozott ki ez megmagyarázta a reflexiót és a fénytörést ebben a keretrendszerben, bár néhány módszere nem tűnt úgy munka.
Christiaan Huygens nem értett egyet Newtonnal, és hullámelméletet használt a fény leírására. Képes volt elmagyarázni a reflexiót és a fénytörést azzal, hogy a fényt hullámként kezelte.
Thomas Young híres kettős résű kísérlete, amely a hullámos viselkedéshez kapcsolódó vörös fényben mutatott interferencia mintákat, szintén támogatta a hullámelméletet.
A vita arról, hogy a fény részecske vagy hullám volt-e, megoldódni látszott, amikor James Clerk Maxwell színre lépett, és Maxwell egyenletein keresztül elektromágneses hullámként írta le a fényt.
De hamar nyilvánvalóvá vált, hogy a fény hullámtermészete nem számol minden megfigyelt jelenséggel. A fotoelektromos hatást például csak akkor lehet megmagyarázni, ha a fényt részecskeként kezelik - egyetlen fotonként vagy fénykvantumként hatnak. Ezt az ötletet Albert Einstein terjesztette elő, aki Nobel-díjat nyert érte.
Így született meg a hullám-részecske kettősség fogalma. A fényt csak akkor lehet igazán megmagyarázni, ha egyes helyzetekben hullámként kezelik, másokban részecskeként.
Hullám-részecske kettősség és anyag
Itt a dolgok még furcsábbá válnak. A fény nemcsak ezt a kettősséget jeleníti meg, de kiderül, hogy az anyag is. Ezt Louis de Broglie fedezte fel.
Ez a kettősség egyáltalán nem látható makroszkopikus skálán, de amikor az elemmel kell dolgozni részecskék, néha úgy tűnik, hogy részecskékként működnek, máskor pedig hullámokként, hullámhosszuk megegyezik a társult de Broglie hullámhossza.
Ez a felfogás vezetett a kvantummechanika kifejlesztéséhez, amely hullámfüggvényekkel rendelkező részecskéket ír le, amelyek aztán a Schrodinger-egyenlet alapján értelmezhetők.