Dualizm korpuskularno-falowy
Dualizm falowo-cząsteczkowy jest prawdopodobnie jednym z najbardziej mylących pojęć w fizyce, ponieważ jest tak niepodobny do wszystkiego, co widzimy w zwykłym świecie.
Fizycy badający światło w latach 1700 i 1800 toczyli spór o to, czy światło składa się z cząsteczek czy z fal. Światło wydaje się robić obie te rzeczy. Czasami wydaje się, że światło porusza się tylko w linii prostej, tak jakby było zbudowane z cząsteczek. Ale inne eksperymenty pokazują, że światło ma częstotliwość i długość fali, tak jak fala dźwiękowa lub wodna. Aż do XX wieku większość fizyków uważała, że światło jest albo jednym, albo drugim, a naukowcy po drugiej stronie sporu po prostu się mylili.
Obecna sytuacja
Max Planck, Albert Einstein, Louis de Broglie, Arthur Compton, Niels Bohr pracowali nad tym problemem. Obecna teoria naukowa głosi, że wszystkie cząstki zachowują się zarówno jak fale, jak i jak cząstki. Zostało to zweryfikowane dla cząstek elementarnych oraz cząstek złożonych, takich jak atomy i molekuły. Dla cząstek makroskopowych, z powodu ich bardzo krótkich długości fal, właściwości falowe zwykle nie mogą być wykryte.
Eksperyment
W 1909 roku naukowiec o nazwisku Geoffrey Taylor postanowił rozstrzygnąć ten spór raz na zawsze. Zapożyczył eksperyment wymyślony wcześniej przez Thomasa Younga, w którym światło przechodziło przez dwa małe otwory znajdujące się tuż obok siebie. Kiedy jasne światło przechodziło przez te dwa małe otwory, tworzyło wzór interferencyjny, który zdawał się pokazywać, że światło jest w rzeczywistości falą.
Pomysł Taylora polegał na sfotografowaniu światła wychodzącego z otworów za pomocą specjalnego aparatu, który był niezwykle czuły na światło. Gdy przez otwory wpadało jasne światło, na zdjęciu pojawiał się wzór interferencyjny, tak jak to wcześniej pokazał Young. Następnie Taylor zmniejszył natężenie światła do bardzo słabego. Gdy światło było wystarczająco słabe, na zdjęciach Taylora widać było maleńkie punkciki światła rozpraszające się z otworów. Wydawało się to świadczyć o tym, że światło jest w rzeczywistości cząsteczką. Jeśli Taylor pozwolił, by przyćmione światło świeciło przez otwory wystarczająco długo, kropki w końcu wypełniały zdjęcie, tworząc ponownie wzór interferencyjny. To pokazało, że światło jest w jakiś sposób zarówno falą, jak i cząstką.
Aby jeszcze bardziej zagmatwać sprawę, Louis de Broglie zasugerował, że materia może działać w ten sam sposób. Następnie naukowcy przeprowadzili te same eksperymenty z elektronami i odkryli, że elektrony również są w jakiś sposób zarówno cząstkami, jak i falami. Elektrony mogą być użyte do przeprowadzenia eksperymentu Younga z podwójną szczeliną.
Dzisiaj eksperymenty te zostały przeprowadzone na tak wiele różnych sposobów przez tak wielu różnych ludzi, że naukowcy po prostu akceptują fakt, że zarówno materia jak i światło są w jakiś sposób zarówno falami jak i cząstkami. Naukowcy wciąż nie są pewni, jak to możliwe, ale są całkiem pewni, że to musi być prawda. Chociaż wydaje się niemożliwe zrozumienie, jak cokolwiek może być zarówno falą, jak i cząstką, naukowcy dysponują pewną liczbą równań opisujących te rzeczy, które mają zmienne zarówno dla długości fali (własność fali), jak i pędu (własność cząstki). Ta pozorna niemożność jest określana mianem dualizmu falowo-cząsteczkowego.
Teoria podstawowa
Dualizm falowo-cząsteczkowy oznacza, że wszystkie cząstki wykazują zarówno właściwości falowe, jak i cząsteczkowe. Jest to centralna koncepcja mechaniki kwantowej. Klasyczne pojęcia takie jak "cząstka" i "fala" nie opisują w pełni zachowania obiektów w skali kwantowej.
Cząstki jako fale
Elektron ma długość fali zwaną "długością fali de Broglie'a". Można ją obliczyć za pomocą równania
λ D = h ρ {displaystyle {lambda _{D}}={frac {h}{{rho }} 
λ D {{D}} 
jest długością fali de Broglie'a.
h {stała Plancka} 
to stała Plancka
ρ {displaystyle ™rho } 
jest pędem cząstki.
W ten sposób powstał pomysł, że elektrony w atomach wykazują wzór fali stojącej.
Fale jako cząstki
Efekt fotoelektryczny pokazuje, że foton światła, który ma wystarczającą energię (wystarczająco wysoką częstotliwość), może spowodować uwolnienie elektronu z powierzchni metalu. Elektrony w tym przypadku mogą być nazywane fotoelektronami.
Powiązane strony
- Max Planck
- Mechanika kwantowa
