Co je dualita vlnových částic?

Za posledních sto let věda učinila velké kroky vpřed ve studiu struktury našeho světa, a to jak na mikroskopické, tak na makroskopické úrovni. Úžasné objevy, které nám přinesly speciální a obecné teorie relativity kvantová mechanika stále vzrušuje mysl veřejnosti. Každá vzdělaná osoba však musí alespoň rozumět základům moderní vědy. Jedním z nejpůsobivějších a nejdůležitějších okamžiků je dualita vln a částic. Jedná se o paradoxní objev, jehož pochopení je mimo kontrolu intuitivního každodenního vnímání.

Korpusy a vlny

Poprvé byla v studiu o světlu objevena dualismus, který se v závislosti na podmínkách choval zcela jinak. Na jedné straně se ukázalo, že světlo je optické elektromagnetická vlna. Na druhé straně - diskrétní částice (chemické působení světla). Zpočátku vědci věřili, že se tyto dvě reprezentace vzájemně vylučují. Nicméně četné experimenty ukázaly, že tomu tak není. Postupně se realita takové věty jako dualita vlnových částic stala běžnou. Tato koncepce je základem pro studium chování komplexních kvantových objektů, které nejsou ani vlnami, ani částicemi, ale získají pouze vlastnosti druhého nebo prvního, v závislosti na určitých podmínkách.

Zkušenosti se dvěma sloty

Fotonová difrakce je jasnou ukázkou dualismu. Detektor nabitých částic je fotoplát nebo luminiscenční síta. Každý jednotlivý foton byl označen světlem nebo bodovým blikáním. Kombinace těchto značek dala interferenční vzor - střídání slabých a silně osvětlených pruhů, což je charakteristika vlnové difrakce. To je vysvětleno takovou koncepcí jako dualita vlnových částic. Slavný fyzik a laureát Nobelovy ceny Richard Feynman uvedl, že záležitost se chová v malém měřítku, takže není možné cítit "přirozenost" chování kvant.

Univerzální dualismus

Tato zkušenost však platí nejen pro fotony. Ukázalo se, že dualismus je vlastnictvím veškeré hmoty a je univerzální. Heisenberg argumentoval, že záležitost existuje střídavě v obou variantách. Dnes je zcela dokázáno, že obě vlastnosti se projevují zcela současně.

Corpuscular vlna

A jak vysvětlit toto chování hmoty? Vlna, která je vlastní částicím, se nazývá de Broglieova vlna, jménem mladého aristokrati-vědce, který navrhl řešení tohoto problému. Předpokládá se, že de Broglieovy rovnice popisují vlnovou funkci, která na čtverci určuje pouze pravděpodobnost, že částice jsou v různých časech v různých bodech vesmíru. Jednoduše řečeno, de Broglieova vlna je pravděpodobnost. Byla tedy stanovena rovnost mezi matematickým konceptem (pravděpodobnost) a skutečným procesem.

Kvantové pole

Co jsou to podstatné látky? Z velké části, to jsou kvantové vlnových polí. Foton je kvantum elektromagnetického pole, pozitron a elektron je elektron-pozitronový, meson je kvantum mesonového pole a tak dále. Interakce mezi vlnovými polimi je vysvětlena výměnou mezi nimi některými mezilehlými částicemi, například v případě elektromagnetické interakce, fotony jsou vyměňovány. Z toho přímo vyplývá další potvrzení, že vlnové procesy popsané de Brogliem jsou naprosto skutečné fyzikální jevy. Dvojitost vlnových částic nepůsobí jako "tajemná skrytá vlastnost", která charakterizuje schopnost částic "reinkarnovat". Jasně demonstruje dvě vzájemně související akce - pohyb objektu a související vlnový proces.

Tunelový efekt

Dvojitost světla korpuskulárních vln je spojena s mnoha dalšími zajímavými jevy. Směr působení de Broglieovy vlny se projevuje v takzvaném tunelovém efektu, tj. Když fotony procházejí energetickou bariérou. Tento jev je způsoben průměrnou hodnotou přesahující hybnost částic v okamžiku vlnových antinodů. Pomocí tunelování bylo možné vyvinout celou řadu elektronických zařízení.

Rušení světelných kvant

Moderní věda hovoří o zásahu fotonů tajemně jako o zásahu elektronů. Ukázalo se, že foton, který je nedělitelnou částicí, může současně cestovat po nějaké otevřené cestě a zasahovat do sebe. Pokud vezmeme v úvahu, že dualita částic vln a částic vlastností látky a fotonu je vlna, která pokrývá mnoho strukturních prvků, není vyloučena její dělitelnost. Toto je v rozporu s předchozími pohledy na částicu jako elementární nedělitelnou formaci. S určitým množstvím pohybu foton vytváří podélnou vlnu spojenou s tímto pohybem, který předchází samotné částice, protože rychlost podélné vlny je větší než rychlost příčné elektromagnetické vlny. Proto existují dvě vysvětlení pro interferenci fotonu s sebou: částice se rozdělí na dvě složky, které vzájemně narušují; Fotonová vlna cestuje dvěma způsoby a tvoří interferenční vzorec. Bylo experimentálně zjištěno, že interferenční vzorec je vytvořen střídavě procházejícími jednotlivými nabitými fotonovými částicemi přes interferometr. To potvrzuje tezi, že každý jednotlivý foton narušuje sám sebe. To je zvláště jasné, když vezmeme v úvahu skutečnost, že světlo (nekoherentní a ne-monochromatické) je sbírka fotonů, které jsou emitovány atomy ve vzájemně propojených a náhodných procesech.

Co je světlo?

Světelná vlna je elektromagnetické ne-lokalizované pole, které je distribuováno v prostoru. Elektromagnetické pole vlny má objemovou hustotu energie, která je úměrná čtverci amplitudy. To znamená, že hustota energie se může měnit libovolnou hodnotou, to znamená, že je spojitá. Na jedné straně je světlo proudem kvant a fotonů (korunky), které jsou kvůli univerzálnosti takového jevu jako dualita vlnových částic vlastnictvím elektromagnetické vlny. Například při jevu rušení a difrakce a v měřítku světlo jasně ukazuje charakteristiky vlny. Například jediný foton, jak je popsán výše, procházející dvojitým štěrbinem, vytváří interferenční vzorek. S pomocí experimentů bylo dokázáno, že jediný foton není elektromagnetický puls. Nemůže být rozdělena do trámů s rozdělovačem paprsků, jak ukazují francouzští fyzici Aspe, Roger a Grange.

Světlo má také korpuskulární vlastnosti, které se objevují, když Compton efekt a fotoelektrickým efektem. Foton se může chovat jako částice absorbovaná objekty jako celek, jejichž rozměry jsou mnohem menší než jejich vlnová délka (například atomové jádro). V některých případech mohou být fotony obecně považovány za bodové objekty. Neexistuje žádný rozdíl, od jaké pozice je třeba vzít v úvahu vlastnosti světla. V oblasti barevného vidění může proud světla provádět funkce jak vln, tak částic - fotony jako kvantum energie. Objektový bod zaměřený na fotoreceptor sítnice, například na kuželovou membránu, může dovolit oku vytvořit vlastní filtrovanou hodnotu jako hlavní spektrální paprsky světla a třídit je vlnovou délkou. Podle hodnot energie quanta, v mozku bude předmět přenesen na pocit barvy (zaměřený optický obraz).