Дуальность волна-частица – определение

Дуальность волна-частица описывает свойства фотонов и субатомных частиц, чтобы проявлять свойства как волн, так и частиц. Дуальность волна-частица – важная часть квантовой механики, поскольку она предлагает способ объяснить, почему концепции «волны» и «частицы», которые работают в классической механике, не охватывают поведение квантовых объектов. Двойственная природа света получила признание после 1905 года, когда Альберт Эйнштейн описал свет в терминах фотонов, которые проявляли свойства частиц, а затем представил свою знаменитую статью по специальной теории относительности, в которой свет действовал как поле волн.

Частицы, демонстрирующие дуальность волна-частица

Двойственность волны-частицы была продемонстрирована для фотонов (света), элементарных частиц, атомов и молекул. . Однако волновые свойства более крупных частиц, таких как молекулы, имеют чрезвычайно короткие длины волн, и их трудно обнаружить и измерить. Классической механики обычно достаточно для описания поведения макроскопических объектов.

Доказательства дуальности волна-частица

Многочисленные эксперименты подтвердили дуальность волна-частица, но есть несколько конкретных ранних экспериментов, которые положили конец спорам о том, состоит ли свет из волн или частиц:

Фотоэлектрический эффект – свет ведет себя как частицы

Фотоэлектрический эффект – это явление, при котором металлы испускают электроны при воздействии света. Поведение фотоэлектронов не может быть объяснено классической электромагнитной теорией. Генрих Герц отметил, что сияющий ультрафиолетовый свет на электродах увеличивает их способность создавать электрические искры (1887 г.). Эйнштейн (1905) объяснил фотоэлектрический эффект как результат света, переносимого дискретными квантованными пакетами. Эксперимент Роберта Милликена (1921) подтвердил описание Эйнштейна и привел к тому, что Эйнштейн получил Нобелевскую премию в 1921 году за «открытие закона фотоэлектрического эффекта», а Милликен получил Нобелевскую премию в 1923 году за «свою работу по элементарному заряду электричества и о фотоэлектрическом эффекте ».

Эксперимент Дэвиссона-Гермера – Свет ведет себя как волны

Эксперимент Дэвиссона-Гермера подтвердил гипотезу де Броли и послужил основой для формулировки квантовой механики. Эксперимент по существу применил закон дифракции Брэгга к частицам. Экспериментальная вакуумная установка измеряла энергии электронов, рассеянных от поверхности нагретой проволочной нити накала, и позволяла ударить по металлической поверхности никеля. Электронный луч можно вращать, чтобы измерить влияние изменения угла на рассеянные электроны. Исследователи обнаружили, что интенсивность рассеянного луча достигает максимума под определенными углами. Это указывает на волновое поведение и может быть объяснено применением закона Брэгга к периоду кристаллической решетки никеля..

Эксперимент Томаса Янга с двумя щелями

Эксперимент Юнга с двойной щелью можно объяснить с помощью дуальности волна-частица. Излучаемый свет удаляется от источника как электромагнитная волна. Встречая щель, волна проходит через щель и разделяется на два волновых фронта, которые перекрываются. В момент удара о экран волновое поле «схлопывается» в единую точку и становится фотоном.

Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий