Ved første øyekast er forestillingen om dualitet med bølgepartikler merkelig. Du har sannsynligvis lært om bølger før og vet at de er en forstyrrelse i et medium, og du har sannsynligvis lært om partikler, som er diskrete fysiske gjenstander. Så ideen om at noen ting har egenskaper til begge deler kan virke ikke bare rart, men fysisk umulig.
Denne artikkelen vil introdusere deg for ideen om bølge-partikkel dualitet og gi en oversikt over hvordan konseptet dukket opp og hvordan det viser seg å være en utmerket beskrivelse av virkeligheten i mange tilfeller, spesielt innen kvanteområdet fysikk.
Bølger og bølgete egenskaper
La oss begynne med å gjennomgå hva som utgjør en bølge. En bølge er definert som en forstyrrelse i et medium som forplanter seg fra ett sted til et annet, overfører energi i prosessen, men ikke overfører masse.
I mediet som bølgen beveger seg gjennom, svinger de enkelte molekylene ganske enkelt på plass. Et godt eksempel på dette er en mengde på et stadion som gjør "bølgen". Hver enkelt rett og slett reiser seg og setter seg, pendler på plass, mens selve bølgen beveger seg rundt hele stadion.
Bølgeegenskaper inkluderer bølgelengde (avstanden mellom bølgetopper), frekvens (antall bølgesykluser pr sekund), periode (tiden det tar for en komplett bølgesyklus og hastighet (hvor raskt forstyrrelsen beveger seg).
Partikkelegenskaper og Partikkelart
Partikler er forskjellige fysiske gjenstander. De har en veldefinert posisjon i rommet, og når de beveger seg fra ett sted til et annet, overfører de ikke bare energi, men også sin egen masse.
I motsetning til bølger trenger de ikke et medium å bevege seg gjennom. Det gir heller ikke mening å beskrive dem med bølgelengde, frekvens og periode. I stedet blir de vanligvis beskrevet av masse, posisjon og hastighet.
Wave-Particle Duality og elektromagnetisk stråling
Når den fenomen av lys ble først studert, var forskere uenige om det var en bølge eller en partikkel. Isaac Newtons korpuskulære beskrivelse av lys hevdet at det fungerte som en partikkel, og han utviklet ideer som forklarte refleksjon og brytning innenfor dette rammeverket, selv om noen av metodene hans ikke virket helt arbeid.
Christiaan Huygens var uenig med Newton og brukte bølgeteori for å beskrive lys. Han var i stand til å forklare refleksjon og refraksjon ved å behandle lys som en bølge.
Thomas Youngs berømte dobbeltspalteeksperiment, som demonstrerte interferensmønstre i rødt lys assosiert med bølgelignende oppførsel, støttet også bølgeteori.
Debatten om lys var en partikkel eller en bølge så ut til å bli løst da James Clerk Maxwell kom på scenen og beskrev lys som elektromagnetiske bølger via sin Maxwells ligninger.
Men det ble snart tydelig at bølgenaturen til lys ikke tok hensyn til alle observerte fenomener. Den fotoelektriske effekten, for eksempel, kunne bare forklares hvis lys ble behandlet som en partikkel - og fungerte som enkeltfotoner eller lyskvanta. Denne ideen ble fremsatt av Albert Einstein, som vant en Nobelpris for den.
Dermed ble forestillingen om dualitet med bølgepartikler født. Lys kunne bare virkelig forklares hvis det ble behandlet som en bølge i noen situasjoner og som en partikkel i andre.
Wave-Particle Duality and Matter
Her blir ting enda mer rare. Ikke bare viser lys denne dualiteten, men det viser seg at saken også gjør det. Dette ble oppdaget av Louis de Broglie.
Denne dualiteten kan ikke sees i det hele tatt på en makroskopisk skala, men når det gjelder å arbeide med elementær partikler, synes de noen ganger å fungere som partikler og andre ganger som bølger, med bølgelengden lik assosiert de Broglie bølgelengde.
Denne forestillingen førte til utviklingen av kvantemekanikken, som beskriver partikler med bølgefunksjoner, som deretter kan forstås i form av Schrodinger-ligningen.
