Толқын-бөлшектердің қосарлылығы дегеніміз не? Бұл фотондар мен басқа субатомдық бөлшектерге тән қасиет, олар кейбір жағдайларда толқын сияқты, ал басқа жағдайларда бөлшектер сияқты әрекет етеді.
Материя мен жарықтың толқындық-бөлшектік қосарлылығы кванттық механиканың маңызды бөлігі болып табылады, өйткені ол классикалық механикада жақсы жұмыс істейтін «толқындар» және «бөлшектер» сияқты ұғымдардың жеткіліксіз екенін жақсы көрсетеді. кейбір кванттық объектілердің әрекетінің түсіндірмесі.
Жарықтың қос табиғаты физикада 1905 жылдан кейін Альберт Эйнштейн бөлшектер ретінде сипатталған фотондардың көмегімен жарықтың әрекетін сипаттағаннан кейін танылды. Содан кейін Эйнштейн жарықты толқындық мінез-құлық деп сипаттайтын, онша танымал емес арнайы салыстырмалық теориясын жариялады.
Қос әрекетті көрсететін бөлшектер
Бәрінен де жақсысы, толқын-бөлшектердің қосарлылығы принципіфотондардың әрекетінде байқалады. Бұл екі жақты әрекетті көрсететін ең жеңіл және ең кішкентай нысандар. Элементар бөлшектер, атомдар, тіпті молекулалар сияқты үлкенірек объектілердің арасында толқындық-бөлшектік дуализмнің элементтерін де байқауға болады, бірақ үлкенірек нысандар өте қысқа толқындар сияқты әрекет етеді, сондықтан оларды байқау өте қиын. Әдетте классикалық механикада қолданылатын ұғымдар үлкенірек немесе макроскопиялық бөлшектердің әрекетін сипаттау үшін жеткілікті.
Толқын-бөлшектердің қосарлылығының дәлелі
Адамдар жарық пен материяның табиғаты туралы көптеген ғасырлар, тіпті мыңжылдықтар бойы ойланып келеді. Салыстырмалы түрде соңғы уақытқа дейін физиктер жарық пен материяның сипаттамалары бір мәнді болуы керек деп есептеді: жарық не бөлшектер ағыны, не Ньютон механикасының заңдарына толығымен бағынатын жеке бөлшектерден тұратын материя сияқты толқын болуы мүмкін, немесе үздіксіз, бөлінбейтін орта.
Алғашында қазіргі заманда жарықтың жеке бөлшектер ағыны ретіндегі әрекеті туралы теория, яғни корпускулалық теория танымал болды. Ньютонның өзі оны ұстанды. Алайда кейінірек Гюйгенс, Френель және Максвелл сияқты физиктер жарық толқыны деген қорытындыға келді. Олар жарықтың әрекетін электромагниттік өрістің тербелісімен түсіндірді, ал бұл жағдайда жарық пен заттың өзара әрекеттесуі өрістің классикалық теориясының түсіндірмесіне жатады.
Алайда, ХХ ғасырдың басында физиктер бірінші де, екінші де түсініктеме бере алмайтын фактіге тап болды.әртүрлі жағдайлар мен өзара әрекеттесу кезіндегі жарық әрекетінің аймағын толығымен қамтиды.
Содан бері көптеген тәжірибелер кейбір бөлшектердің әрекетінің екі жақтылығын дәлелдеді. Дегенмен, кванттық объектілердің қасиеттерінің толқындық-бөлшектік дуализмінің пайда болуына және қабылдануына әсіресе жарықтың мінез-құлқының табиғаты туралы пікірталасқа нүкте қойған алғашқы, ең ерте эксперименттер әсер етті.
Фотоэффект: жарық бөлшектерден тұрады
Фотоэффект деп те аталады, бұл жарықтың (немесе кез келген басқа электромагниттік сәулеленудің) затпен әрекеттесу процесі, нәтижесінде жарық бөлшектерінің энергиясы зат бөлшектеріне ауысады. Фотоэффектіні зерттеу кезінде фотоэлектрондардың әрекетін классикалық электромагниттік теориямен түсіндіру мүмкін болмады.
Гейнрих Герц 1887 жылы электродтарға ультракүлгін сәуле түсіру олардың электр ұшқындарын тудыру қабілетін арттыратынын атап өтті. 1905 жылы Эйнштейн фотоэффектіні жарықтың белгілі кванттық бөліктермен жұтылуымен және шығарылуымен түсіндірді, оны бастапқыда жарық кванттары деп атады, содан кейін оларды фотондар деп атады.
1921 жылы Роберт Милликеннің эксперименті Эйнштейннің пайымдауын растады және соңғысының фотоэффектіні ашқаны үшін Нобель сыйлығын, ал Милликанның өзі 1923 жылы элементар бөлшектер бойынша жұмысы үшін Нобель сыйлығын алуына әкелді. және фотоэффектіні зерттеу.
Дэвиссон-Джермер тәжірибесі: жарық – толқын
Дэвиссон тәжірибесі - Гермер растадыде Бройльдің жарықтың толқындық-бөлшектік дуализмі туралы гипотезасы кванттық механика заңдарын тұжырымдау үшін негіз болды.
Екі физик те никель монокристалынан электрондардың шағылуын зерттеді. Вакуумда орналасқан қондырғы белгілі бір бұрышта никельді монокристалды ұнтақтаудан тұрды. Монохроматикалық электрондар шоғы кесілген жазықтыққа тікелей перпендикуляр бағытталған.
Тәжірибе көрсеткендей, шағылу нәтижесінде электрондар өте таңдамалы түрде шашырап кетеді, яғни барлық шағылған сәулелерде жылдамдықтар мен бұрыштарға қарамастан қарқындылықтың максимумдары мен минимумдары байқалады. Осылайша, Дэвиссон мен Гермер бөлшектерде толқындық қасиеттердің бар екенін тәжірибе жүзінде растады.
1948 жылы кеңес физигі В. А. Фабрикант толқындық функциялар тек электрондар ағынына ғана емес, сонымен қатар әрбір электронға жеке тән екенін тәжірибе жүзінде растады.
Джунгтың екі ойықпен жасаған тәжірибесі
Томас Янгтың екі саңылаумен жасаған практикалық тәжірибесі жарық пен заттың толқындардың да, бөлшектердің де сипаттамаларын көрсете алатынын көрсетеді.
Юнг тәжірибесі алғаш рет 19 ғасырдың басында, тіпті дуализм теориясы пайда болғанға дейін жүзеге асырылғанына қарамастан, толқындық-бөлшектік дуализмнің табиғатын іс жүзінде көрсетеді.
Тәжірибенің мәні келесідей: жарық көзі (мысалы, лазер сәулесі) екі параллель ойық жасалған пластинаға бағытталған. Саңылаулардан өткен жарық пластинаның артындағы экранда көрінеді.
Жарықтың толқындық табиғаты жарық толқындарының саңылаулардан өтуін тудырадыараластырып, экранда ашық және күңгірт жолақтар жасайды, егер жарық таза бөлшектер сияқты әрекет етсе, бұл болмайды. Дегенмен, экран жарықты жұтып, шағылыстырады, ал фотоэффект жарықтың корпускулалық табиғатының дәлелі болып табылады.
Материяның толқындық-бөлшектік қосарлылығы дегеніміз не?
Материя жарық сияқты екі жақты әрекет ете алады ма деген сұрақты де Бройль көтерді. Ол белгілі бір жағдайларда және экспериментке байланысты тек фотондар ғана емес, сонымен қатар электрондар да толқындық-бөлшектік дуализмді көрсете алады деген батыл гипотезаға ие. Бройль 1924 жылы жарық фотондарының ғана емес, макробөлшектердің де ықтималдық толқындары туралы идеясын дамытты.
Гипотеза Дэвиссон-Гермер тәжірибесі арқылы және Янгтың қос саңылау тәжірибесін қайталау арқылы дәлелденген кезде (фотондардың орнына электрондар бар) де Бройль Нобель сыйлығын алды (1929).
Дұрыс жағдайларда материя классикалық толқын сияқты әрекет ете алады. Әрине, үлкен объектілер толқындар туғызатыны сонша, оларды бақылау мағынасыз, бірақ атомдар немесе тіпті молекулалар сияқты кішірек нысандар толқындық функцияларға негізделген кванттық механика үшін өте маңызды толқын ұзындығын көрсетеді.
Толқын-бөлшектердің қосарлылығының мәні
Толқын-бөлшектердің екі жақтылығы ұғымының негізгі мағынасы электромагниттік сәулелену мен заттың әрекетін дифференциалдық теңдеу арқылы сипаттауға болады,толқындық функцияны көрсетеді. Әдетте бұл Шредингер теңдеуі. Толқындық функцияларды пайдаланып шындықты сипаттау мүмкіндігі кванттық механиканың негізінде жатыр.
Толқын-бөлшек екі жақтылығы дегеніміз не деген сұраққа ең көп тараған жауап толқындық функция белгілі бір бөлшекті белгілі бір жерде табу ықтималдығын білдіреді. Басқаша айтқанда, бөлшектің болжанған жерде болу ықтималдығы оны толқынға айналдырады, бірақ оның физикалық көрінісі мен пішіні онша емес.
Толқын-бөлшектердің қосарлылығы дегеніміз не?
Математика өте күрделі жолмен болса да, дифференциалдық теңдеулер негізінде дәл болжаулар жасағанымен, кванттық физика үшін бұл теңдеулердің мағынасын түсіну және түсіндіру әлдеқайда қиын. Толқын-бөлшектердің қосарлылығының не екенін түсіндіру әрекеті әлі де кванттық физикадағы пікірталастың орталығында.
Толқын-бөлшектердің екі жақтылығының практикалық маңыздылығы мынада: кез келген физик шындықты өте қызықты түрде қабылдауды үйренуі керек, бұл кезде кез келген дерлік объект туралы әдеттегідей ойлау бұдан былай адекватты қабылдау үшін жеткіліксіз. шындық.
