Što je dualnost valova i čestica?

Tijekom proteklih stotinu godina, znanost je napravila velike korake naprijed u proučavanju strukture našeg svijeta, kako na mikroskopskoj tako i na makroskopskoj razini. Strašna otkrića koja su nam donijela posebna i opće teorije relativnosti kvantna mehanika još uvijek uzbuđuje umove javnosti. Međutim, svaka obrazovana osoba mora razumjeti barem osnove moderne znanosti. Jedan od najimpresivnijih i najvažnijih trenutaka je dualnost valnih čestica. To je paradoksalno otkriće, čije je razumijevanje izvan kontrole intuitivne svakodnevne percepcije.

Tijela i valovi

Po prvi put, dualizam je otkriven u proučavanju svjetlosti, koja se ponašala sasvim drugačije, ovisno o uvjetima. S jedne strane, pokazalo se da je svjetlo optičko elektromagnetski val. S druge strane - diskretna čestica (kemijsko djelovanje svjetlosti). U početku su znanstvenici vjerovali da se ta dva prikaza međusobno isključuju. Međutim, brojni eksperimenti pokazali su da to nije slučaj. Postupno, stvarnost takve stvarnosti kao što je dvojnost valnih čestica postala je obična. Ovaj koncept je temelj za proučavanje ponašanja kompleksnih kvantnih objekata, koji nisu ni valovi ni čestice, već samo stječu svojstva potonjih ili prvih, ovisno o određenim uvjetima.

Iskustvo s dva mjesta

Fotonska difrakcija je jasna demonstracija dualizma. Detektor nabijenih čestica je fotoplat ili luminiscentan zaslon. Svaki pojedinačni foton bio je obilježen bljeskalicom ili točkastim bljeskom. Kombinacija takvih oznaka dala je interferencijski uzorak - izmjenjivanje slabo i jako osvijetljenih pruga, što je svojstvo difrakcije vala. To se objašnjava takvim konceptom kao dualnost valnih čestica. Poznati fizičar i dobitnik Nobelove nagrade Richard Feynman rekao je da se materija ponaša u malom opsegu, tako da je nemoguće osjetiti "prirodnost" ponašanja kvanta.

Univerzalni dualizam

Međutim, ovo iskustvo vrijedi ne samo za fotone. Pokazalo se da je dualizam svojstvo svake materije i univerzalno je. Heisenberg je tvrdio da stvar postoji naizmjence u obje varijante. Danas je apsolutno dokazano da se oba svojstva manifestiraju potpuno istodobno.

Korpuskalni val

I kako objasniti takvo ponašanje materije? Val, koji je svojstven korpuskulama (česticama), nazvan je de Brogliejev val, u ime mladog aristokratskog znanstvenika, koji je predložio rješenje tog problema. Smatra se da de Brogliejeve jednadžbe opisuju valnu funkciju, koja u kvadratu određuje samo vjerojatnost da se čestica nalazi u različito vrijeme na različitim točkama u prostoru. Jednostavno rečeno, de Brogliejev val je vjerojatnost. Tako je uspostavljena jednakost između matematičkog pojma (vjerojatnosti) i stvarnog procesa.

Kvantno polje

Što su tjelesne tvari? Uglavnom, to su kvanti valna polja. Foton je kvant elektromagnetskog polja, pozitron i elektron je elektrono-pozitronski, mezon je kvant mezonskog polja i tako dalje. Interakcija između valnih polja objašnjava se razmjenom između nekih međuprostora, na primjer, u slučaju elektromagnetske interakcije, izmjenjuju se fotoni. Iz toga izravno slijedi još jedna potvrda da su valni procesi koje je de Broglie opisao apsolutno stvarni fizički fenomen. Dualnost valnih čestica ne djeluje kao "tajanstveno skriveno svojstvo" koje karakterizira sposobnost "reinkarniranja" čestica. On jasno pokazuje dva međusobno povezana djelovanja - kretanje objekta i pridruženi valni proces.

Učinak tunela

Dvojnost svjetlosti u korpuskularnom valu povezana je s mnogim drugim zanimljivim fenomenima. Smjer de Broglijevog djelovanja valova očituje se u tzv. Tunelskom efektu, tj. Kada fotoni prodiru kroz energetsku barijeru. Ovaj fenomen je posljedica prosječne vrijednosti koja prelazi impuls čestica u trenutku antinoda vala. Uz pomoć tuneliranja bilo je moguće razviti razne elektroničke uređaje.

Interferencija kvanta svjetlosti

Moderna znanost govori o interferenciji fotona misteriozno kao o interferenciji elektrona. Ispostavlja se da foton, koji je nedjeljiva čestica, može istovremeno putovati bilo kojom otvorenom stazom i ometati samu sebe. Ako uzmemo u obzir da je valovito-čestična dualnost svojstava tvari i fotona val koji pokriva mnoge strukturne elemente, tada njegova djeljivost nije isključena. To je u suprotnosti s prethodnim stajalištima o čestici kao elementarnoj nedjeljivoj formaciji. Posjedujući određenu masu gibanja, foton stvara uzdužni val povezan s tim gibanjem, koje prethodi samoj čestici, budući da je brzina uzdužnog vala veća od brzine poprečnog elektromagnetskog. Dakle, postoje dva objašnjenja za interferenciju fotona sa samim sobom: čestica se dijeli na dvije komponente, koje međusobno ometaju; Fotonski val putuje na dva načina i tvori interferencijski uzorak. Eksperimentalno je utvrđeno da se interferencijski uzorak stvara naizmjeničnim prolaskom pojedinačnih čestica fotona kroz interferometar. To potvrđuje tezu da se svaki pojedinačni foton miješa u sebe. To se posebno jasno vidi kada se uzme u obzir činjenica da je svjetlo (nekonherentno i ne-monokromatsko) skup fotona koje emitiraju atomi u međusobno povezanim i slučajnim procesima.

Što je svjetlo?

Svjetlosni val je elektromagnetsko ne-lokalizirano polje koje se raspoređuje po prostoru. Elektromagnetsko polje vala ima gustoću energije koja je proporcionalna kvadratu amplitude. To znači da se gustoća energije može mijenjati bilo kojom vrijednošću, tj. Da je kontinuirana. S jedne strane, svjetlost je tok kvanta i fotona (korpuskula), koji su zbog univerzalnosti takvog fenomena kao što su dvojna valna čestica, svojstva elektromagnetskog vala. Na primjer, u pojavama interferencije i difrakcije te u mjerilu, svjetlo jasno pokazuje karakteristike vala. Na primjer, jedan foton, kako je gore opisano, koji prolazi kroz dvostruki prorez, stvara interferencijski uzorak. Uz pomoć eksperimenata dokazano je da jedan foton nije elektromagnetski puls. Ne može se podijeliti na grede s cijevima za gredu, kao što su pokazali francuski fizičari Aspe, Roger i Grange.

Svjetlo također ima svojstva krvnih žila, koja se pojavljuju kada Comptonov efekt i sa fotoelektričnim učinkom. Foton se može ponašati kao čestica koju apsorbiraju objekti kao cjelina, čije su dimenzije mnogo manje od njegove valne duljine (na primjer, atomska jezgra). U nekim slučajevima, fotoni se općenito mogu smatrati točkastim objektima. Nema razlike iz koje pozicije uzeti u obzir svojstva svjetlosti. U polju vizije boje, tok svjetlosti može obavljati funkcije i valova i čestica - fotona kao kvanta energije. Objektna točka usmjerena na fotoreceptor mrežnice, na primjer, na membranu konusa, može omogućiti oku da oblikuje svoju vlastitu filtriranu vrijednost kao glavne spektralne zrake svjetlosti i sortirati ih valnom duljinom. Prema vrijednostima energije kvanta, u mozgu će se predmetna točka prenijeti na osjećaj boje (fokusirana optička slika).