ერთი შეხედვით, ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის ცნება ნამდვილად უცნაურია. თქვენ ალბათ ადრეც შეიტყვეთ ტალღების შესახებ და იცით, რომ ისინი მედიუმში არეულობას წარმოადგენენ და სავარაუდოდ შეიტყვეთ ნაწილაკების შესახებ, რომლებიც დისკრეტული ფიზიკური ობიექტებია. იდეა, რომ ზოგიერთ რამეს ორივეს თვისება აქვს, შეიძლება არა მხოლოდ უცნაური, არამედ ფიზიკურად შეუძლებელი ჩანდეს.
ეს სტატია გაგაცნობთ ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის იდეას და მიმოიხილავთ თუ როგორ გაჩნდა კონცეფცია და როგორ აღმოჩნდა, რომ ეს არის რეალობის შესანიშნავი აღწერილობა ხშირ შემთხვევაში, განსაკუთრებით კვანტის სფეროში ფიზიკა
ტალღები და ტალღის მსგავსი თვისებები
დავიწყოთ მიმოხილვით რა წარმოადგენს ტალღას. ტალღა განისაზღვრება, როგორც გარემოში არსებული დარღვევა, რომელიც ვრცელდება ერთი ადგილიდან მეორეზე, გადადის პროცესში ენერგიით, მაგრამ არ გადააქვს მასა.
იმ გარემოში, რომლის საშუალებითაც ტალღა მოძრაობს, ცალკეული მოლეკულები უბრალოდ რყევენ ადგილზე. ამის კარგი მაგალითია სტადიონზე ბრბო, რომელიც "ტალღას" აკეთებს. თითოეული ადამიანი უბრალოდ დგება და ზის, ადგილზე რხევადია, ხოლო ტალღა თავად მოძრაობს მთელი სტადიონის გარშემო.
ტალღის თვისებები მოიცავს ტალღის სიგრძეს (მანძილი ტალღების მწვერვალებს შორის), სიხშირე (ტალღების ციკლების რაოდენობა თითოზე მეორე), პერიოდი (დრო, რომელიც საჭიროა ერთი სრული ტალღური ციკლისა და სიჩქარისთვის (რამდენად სწრაფად მოძრაობს არეულობა).
ნაწილაკების თვისებები და ნაწილაკების ბუნება
ნაწილაკები მკაფიო ფიზიკური ობიექტებია. მათ აქვთ კარგად განსაზღვრული პოზიცია სივრცეში და როდესაც ისინი ერთი ადგილიდან მეორეზე გადადიან, ისინი არამარტო ენერგიას, არამედ საკუთარ მასასაც გადასცემენ.
ტალღებისგან განსხვავებით, მათ არ სჭირდებათ საშუალება, რომლის მეშვეობითაც გადაადგილდებიან. ასევე აზრი არ აქვს მათი აღწერა ტალღის სიგრძით, სიხშირით და პერიოდით. ამის ნაცვლად, ისინი ჩვეულებრივ აღწერილია მათი მასით, პოზიციითა და სიჩქარით.
ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა და ელექტრომაგნიტური გამოსხივება
Როდესაც სინათლის ფენომენი პირველად იკვლევდნენ, მეცნიერები არ ეთანხმებიან ტალღა თუ ნაწილაკი. ისააკ ნიუტონის სინათლის კორპუსკულარულ აღწერაში ამტკიცებდა, რომ იგი ნაწილაკის როლს ასრულებდა და მან განავითარა იდეები რომ ამ ფარგლებში აიხსნა ასახვა და რეფრაქცია, თუმცა მისი ზოგიერთი მეთოდი ისე არ ჩანდა მუშაობა
კრისტიან ჰიუგენსი არ ეთანხმებოდა ნიუტონს და სინათლის აღსაწერად გამოიყენა ტალღების თეორია. მან შეძლო ასახვისა და გარდატეხის ახსნა სინათლის ტალღად დამუშავებით.
ტომას იანგის ცნობილი ორმაგი ნაპრალის ექსპერიმენტმა, რომელიც აჩვენა ჩარევის ნიმუშები წითელ შუქზე, ასოცირებული ტალღების ქცევასთან, ასევე მხარს უჭერდა ტალღების თეორიას.
დებატები იმის შესახებ, იყო თუ არა სინათლე ნაწილაკი ან ტალღა, მოგვარდა, როდესაც ჯეიმს კლერკ მაქსველი გამოვიდა სცენაზე და მისი მაქსველის განტოლებების საშუალებით აღწერს სინათლეს, როგორც ელექტრომაგნიტურ ტალღებს.
მაგრამ მალევე გაირკვა, რომ სინათლის ტალღური ბუნება არ ითვალისწინებდა ყველა დაფიქსირებულ ფენომენს. მაგალითად, ფოტოელექტრული ეფექტი შეიძლება აიხსნას მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ სინათლე განიხილება როგორც ნაწილაკი - მოქმედებს როგორც ერთჯერადი ფოტონები ან სინათლის კვანტები. ეს იდეა წამოაყენა ალბერტ აინშტაინმა, რომელმაც ამისთვის მიიღო ნობელის პრემია.
ასე დაიბადა ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის ცნება. სინათლის ახსნა მხოლოდ მაშინ შეიძლებოდა, თუ ზოგიერთ სიტუაციაში იგი განიხილებოდა როგორც ტალღა, ხოლო ზოგიერთ შემთხვევაში - ნაწილაკი.
ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა და მატერია
აი, აქ ყველაფერი კიდევ უფრო უცნაური ხდება. არა მხოლოდ სინათლე აჩვენებს ამ ორმაგობას, არამედ გამოდის, რომ ამას მნიშვნელობა აქვს ასევე. ეს აღმოაჩინა ლუი დე ბროგლიმ.
ეს ორმაგობა საერთოდ არ ჩანს მაკროსკოპული მასშტაბით, მაგრამ რაც შეეხება ელემენტარულთან მუშაობას ნაწილაკები, ისინი ზოგჯერ მოქმედებენ როგორც ნაწილაკები და ზოგჯერ ტალღები, მათი ტალღის სიგრძე უდრის ასოცირდება დე ბროლის ტალღის სიგრძე.
ამ ცნებამ გამოიწვია კვანტური მექანიკის განვითარება, რომელიც აღწერს ტალღის ფუნქციების მქონე ნაწილაკებს, რომელთა გაგება შროდინგერის განტოლების თვალსაზრისით შეიძლება.