La prima vedere, noțiunea de dualitate undă-particulă este într-adevăr ciudată. Probabil că ați învățat despre valuri înainte și știți că sunt o perturbare într-un mediu și probabil că ați aflat despre particule, care sunt obiecte fizice discrete. Deci ideea că unele lucruri au proprietăți ale ambelor ar putea părea nu numai ciudată, ci imposibilă din punct de vedere fizic.
Acest articol vă va introduce ideea dualității undă-particulă și va oferi o imagine de ansamblu asupra modului în care a apărut conceptul și cum se dovedește a fi o descriere excelentă a realității în multe cazuri, în special în domeniul cuantic fizică.
Valuri și proprietăți asemănătoare undelor
Să începem prin a analiza ceea ce constituie un val. O undă este definită ca o perturbare într-un mediu care se propagă dintr-o locație în alta, transferând energie în proces, dar nu transferând masă.
În mediul prin care se mișcă unda, moleculele individuale oscilează pur și simplu în loc. Un bun exemplu în acest sens este o mulțime pe un stadion care face „valul”. Fiecare individ pur și simplu se ridică și se așează, oscilând pe loc, în timp ce valul în sine se deplasează în jurul întregului stadion.
Proprietățile undei includ lungimea de undă (distanța dintre vârfurile de undă), frecvența (numărul de cicluri de undă per al doilea), perioada (timpul necesar unui ciclu de undă complet și a vitezei (cât de rapid se deplasează perturbarea).
Proprietățile particulelor și natura particulelor
Particulele sunt obiecte fizice distincte. Au o poziție bine definită în spațiu și, atunci când se deplasează dintr-o locație în alta, nu numai că transferă energie, ci și propria lor masă.
Spre deosebire de valuri, acestea nu au nevoie de un mediu prin care să se miște. De asemenea, nu are sens să le descriem cu lungimea de undă, frecvența și perioada. În schimb, ele sunt de obicei descrise prin masa, poziția și viteza lor.
Dualitatea undă-particulă și radiația electromagnetică
Cand fenomen de lumină a fost studiat pentru prima dată, oamenii de știință nu au fost de acord cu privire la faptul dacă a fost o undă sau o particulă. Descrierea corpusculară a luminii de către Isaac Newton susținea că acționează ca o particulă și el a dezvoltat idei care a explicat reflectarea și refracția în acest cadru, deși unele dintre metodele sale nu prea păreau să o facă muncă.
Christiaan Huygens nu a fost de acord cu Newton și a folosit teoria undelor pentru a descrie lumina. El a putut explica reflexia și refracția tratând lumina ca pe o undă.
Celebrul experiment cu două fante al lui Thomas Young, care a demonstrat modele de interferență în lumina roșie asociate cu comportamentul asemănător undelor, a susținut, de asemenea, teoria undelor.
Dezbaterea dacă lumina era o particulă sau o undă părea să se rezolve atunci când James Clerk Maxwell a venit pe scenă și a descris lumina drept unde electromagnetice prin ecuațiile lui Maxwell.
Dar în curând a devenit evident că natura undelor luminii nu ia în considerare toate fenomenele observate. Efectul fotoelectric, de exemplu, ar putea fi explicat numai dacă lumina a fost tratată ca o particulă - acționând ca fotoni unici sau cuante de lumină. Această idee a fost prezentată de Albert Einstein, care a câștigat un premiu Nobel pentru aceasta.
Astfel s-a născut noțiunea de dualitate undă-particulă. Lumina ar putea fi explicată cu adevărat numai dacă a fost tratată ca o undă în unele situații și ca o particulă în altele.
Dualitatea și materia undă-particulă
Aici lucrurile devin și mai ciudate. Lumina nu numai că afișează această dualitate, dar se pare că și materia o face. Acest lucru a fost descoperit de Louis de Broglie.
Această dualitate nu poate fi văzută deloc la o scară macroscopică, dar atunci când vine vorba de lucrul cu elementare particule, uneori par să acționeze ca particule și alteori ca valuri, cu lungimea lor de undă egală cu asociat lungimea de undă de Broglie.
Această noțiune a condus la dezvoltarea mecanicii cuantice, care descrie particule cu funcții de undă, care pot fi apoi înțelese în termenii ecuației Schrodinger.
