Iš pirmo žvilgsnio bangų dalelių dvilypumo sąvoka iš tiesų yra keista. Greičiausiai jūs jau anksčiau sužinojote apie bangas ir žinote, kad jos yra terpės trikdžiai, taip pat sužinojote apie daleles, kurios yra atskiri fiziniai objektai. Taigi mintis, kad kai kurie dalykai turi abiejų savybių, gali atrodyti ne tik keista, bet ir fiziškai neįmanoma.
Šis straipsnis supažindins jus su bangų dalelių dvilypumo idėja ir apžvelgs, kaip ši sąvoka atsirado ir kaip tai pasirodo kaip puikus tikrovės aprašymas daugeliu atvejų, ypač kvantinėje srityje fizika.
Bangos ir „Wavelike“ savybės
Pradėkime nuo to, kas apžvelgia bangą. Banga apibrėžiama kaip terpės sutrikimas, sklindantis iš vienos vietos į kitą, perduodantis energiją procese, bet neperduodantis masės.
Terpėje, per kurią juda banga, atskiros molekulės tiesiog svyruoja vietoje. Geras to pavyzdys yra minia stadione, daranti „bangą“. Kiekvienas asmuo tiesiog atsistoja ir atsisėda, svyruodamas vietoje, o pati banga skrieja aplink visą stadioną.
Bangos savybės apima bangos ilgį (atstumą tarp bangų smailių), dažnį (bangų ciklų skaičius per antra), laikotarpis (laikas, kurio reikia vienam visam bangos ciklui ir greičiui (kaip greitai trikdis sklinda).
Dalelių savybės ir dalelių pobūdis
Dalelės yra skirtingi fiziniai objektai. Jie turi aiškiai apibrėžtą padėtį erdvėje, o persikėlę iš vienos vietos į kitą ne tik perduoda energiją, bet ir savo masę.
Skirtingai nuo bangų, joms judėti nereikia terpės. Taip pat nėra prasmės juos apibūdinti bangos ilgiu, dažniu ir periodu. Vietoj to, jie paprastai apibūdinami pagal jų masę, padėtį ir greitį.
Bangų dalelių dvilypumas ir elektromagnetinis spinduliavimas
Kai šviesos reiškinys pirmą kartą buvo tiriamas, mokslininkai nesutarė, ar tai banga, ar dalelė. Korpusinis Isaaco Newtono šviesos aprašymas teigė, kad ji veikia kaip dalelė, ir jis plėtojo idėjas tai paaiškino apmąstymus ir lūžius šioje sistemoje, nors kai kurie jo metodai neatrodė darbas.
Christiaanas Huygensas nesutiko su Niutonu ir šviesai apibūdinti naudojo bangų teoriją. Jis sugebėjo paaiškinti atspindį ir lūžimą traktuodamas šviesą kaip bangą.
Garsusis Thomas Youngo dvigubo plyšio eksperimentas, kuris parodė raudonos šviesos interferencijos modelius, susijusius su bangų elgesiu, taip pat palaikė bangų teoriją.
Panašu, kad diskusijos, ar šviesa yra dalelė, ar banga, išsisprendė, kai Jamesas Clerkas Maxwellas atėjo į sceną ir apibūdino šviesą kaip elektromagnetines bangas, naudodamas savo Maxwello lygtis.
Tačiau netrukus paaiškėjo, kad bangos šviesos pobūdis neatsižvelgia į visus pastebėtus reiškinius. Pavyzdžiui, fotoelektrinį efektą būtų galima paaiškinti tik tuo atveju, jei šviesa būtų traktuojama kaip dalelė - veiktų kaip pavieniai fotonai arba šviesos kvantai. Šią idėją pateikė Albertas Einšteinas, už tai laimėjęs Nobelio premiją.
Taip gimė bangų-dalelių dvilypumo samprata. Šviesą būtų galima iš tikrųjų paaiškinti tik tuo atveju, jei vienose situacijose ji būtų traktuojama kaip banga, o kitose - kaip dalelė.
Bangų-dalelių dvilypumas ir materija
Čia viskas dar keisčiau. Šviesa ne tik rodo šį dvilypumą, bet, pasirodo, ir materija. Tai atrado Louisas de Broglie.
Šis dvilypumas apskritai negali būti vertinamas makroskopiniu mastu, tačiau kalbant apie darbą su elementaru dalelės, jos kartais veikia kaip dalelės, o kartais - kaip bangos, o jų bangos ilgis lygus susijęs de Broglie bangos ilgis.
Ši sąvoka paskatino sukurti kvantinę mechaniką, kuri apibūdina daleles, turinčias bangų funkcijas, kurias vėliau galima suprasti pagal Schrodingerio lygtį.