No pirmā acu uzmetiena viļņu daļiņu dualitātes jēdziens patiešām ir dīvains. Jūs, iespējams, jau iepriekš esat uzzinājis par viļņiem un zināt, ka tie ir traucējumi vidē, un, iespējams, esat uzzinājis par daļiņām, kas ir atsevišķi fiziski objekti. Tātad ideja, ka dažām lietām piemīt abu īpašības, var šķist ne tikai dīvaina, bet fiziski neiespējama.
Šis raksts jūs iepazīstinās ar viļņu daļiņu dualitātes ideju un sniegs pārskatu par to, kā šī koncepcija radās un kā tas daudzos gadījumos izrādās izcils realitātes apraksts, it īpaši kvantu jomā fizika.
Viļņi un Wavelike īpašības
Sāksim ar viļņa pārskatīšanu. Vilnis tiek definēts kā traucējums vidē, kas izplatās no vienas vietas uz otru, pārnesot enerģiju procesā, bet nepārsniedzot masu.
Vidē, caur kuru vilnis pārvietojas, atsevišķas molekulas vienkārši svārstās savā vietā. Labs piemērs tam ir pūlis stadionā, kas veic “vilni”. Katrs indivīds vienkārši pieceļas kājās un apsēžas, svārstīdamies savā vietā, kamēr pats vilnis pārvietojas pa visu stadionu.
Viļņu īpašības ietver viļņa garumu (attālumu starp viļņu virsotnēm), frekvenci (viļņu ciklu skaitu uz otrais), periods (laiks, kas vajadzīgs vienam pilnam viļņu ciklam un ātrumam (cik ātri traucējums pārvietojas).
Daļiņu īpašības un daļiņu raksturs
Daļiņas ir atšķirīgi fiziski objekti. Viņiem ir labi definēta vieta kosmosā, un, pārvietojoties no vienas vietas uz otru, viņi ne tikai pārnes enerģiju, bet arī savu masu.
Atšķirībā no viļņiem, tiem nav nepieciešams vide, pa kuru pārvietoties. Nav jēgas tos aprakstīt ar viļņa garumu, biežumu un periodu. Tā vietā tos parasti raksturo pēc masas, stāvokļa un ātruma.
Viļņu daļiņu dualitāte un elektromagnētiskais starojums
Kad gaismas parādība vispirms tika pētīts, zinātnieki nepiekrita, vai tas bija vilnis vai daļiņa. Īzaka Ņūtona korpuskulārais gaismas apraksts apgalvoja, ka tā darbojas kā daļiņa, un viņš izstrādāja idejas tas izskaidroja pārdomas un refrakciju šajā ietvarā, lai gan dažas viņa metodes nešķiet gluži kā darbs.
Kristiāns Huigenss nepiekrita Ņūtonam un gaismas aprakstīšanai izmantoja viļņu teoriju. Viņš spēja izskaidrot refleksiju un refrakciju, traktējot gaismu kā vilni.
Tomasa Janga slavenais dubulto spraugu eksperiments, kurā tika parādīti traucējumu modeļi sarkanā gaismā, kas saistīti ar viļņveida uzvedību, atbalstīja arī viļņu teoriju.
Šķita, ka debates par to, vai gaisma ir daļiņa vai vilnis, tiek atrisinātas, kad Džeimss Klerks Maksvels ieradās uz skatuves un aprakstīja gaismu kā elektromagnētiskos viļņus, izmantojot viņa Maksvela vienādojumus.
Bet drīz kļuva redzams, ka gaismas viļņu daba neņēma vērā visas novērotās parādības. Fotoelektrisko efektu, piemēram, varētu izskaidrot tikai tad, ja gaismu izturas kā pret daļiņu - kas darbojas kā atsevišķi fotoni vai gaismas kvanti. Šo ideju izvirzīja Alberts Einšteins, kurš par to ieguva Nobela prēmiju.
Tādējādi piedzima viļņu-daļiņu dualitātes jēdziens. Gaismu patiesi varēja izskaidrot tikai tad, ja dažās situācijās to izturējās kā pret vilni, bet citās - kā daļiņu.
Viļņu-daļiņu dualitāte un matērija
Lūk, kur viss kļūst vēl dīvaināk. Gaisma ne tikai parāda šo dualitāti, bet izrādās, ka arī matērija. To atklāja Luijs de Broljē.
Šo divējādību vispār nevar redzēt makroskopiskā mērogā, bet, runājot par darbu ar elementāru daļiņas, tās dažkārt, šķiet, darbojas kā daļiņas un citreiz kā viļņi, kuru viļņa garums ir vienāds ar saistīts de Broglie viļņa garums.
Šis jēdziens izraisīja kvantu mehānikas attīstību, kas apraksta daļiņas ar viļņu funkcijām, kuras pēc tam var saprast ar Šrodingera vienādojumu.