Dvojnost val-delec – definicija

Svetloba deluje tako kot valovanje kot kot delec

ALFRED PASIEKA/ZNANSTVENA FOTOTEKA/Getty Images

Dvojnost val-delec opisuje lastnosti fotoni in subatomskih delcev, da pokažejo lastnosti valov in delcev. Dvojnost val-delec je pomemben del kvantne mehanike, saj ponuja način za razlago, zakaj pojma 'val' in 'delec', ki delujeta v klasični mehaniki, ne pokrivata obnašanja kvantni predmetov. Dvojna narava svetlobe je postala sprejeta po letu 1905, ko je Albert Einstein opisal svetlobo v smislu fotonov, ki so kazali lastnosti delcev, in nato predstavil svoj slavni članek o posebni teoriji relativnosti, v katerem je svetloba delovala kot polje valov.

Delci, ki kažejo dvojnost val-delec

Dvojnost val-delec je bila dokazana za fotone (svetlobo), osnovne delce, atome in molekule. Vendar pa imajo valovne lastnosti večjih delcev, kot so molekule, izjemno kratke valovne dolžine in jih je težko zaznati in izmeriti. Klasična mehanika na splošno zadošča za opis obnašanja makroskopskih entitet.

Dokazi za dvojnost valov in delcev

Številni poskusi so potrdili dvojnost valov in delcev, vendar obstaja nekaj posebnih zgodnjih poskusov, ki so končali razpravo o tem, ali je svetloba sestavljena iz valov ali delcev:

Fotoelektrični učinek - svetloba se obnaša kot delci

Thefotoelektrični učinekje pojav, pri katerem kovine oddajajo elektrone, ko so izpostavljene svetlobi. Obnašanje fotoelektroni ni bilo mogoče razložiti s klasično elektromagnetno teorijo. Heinrich Hertz je opazil, da ultravijolična svetloba na elektrode poveča njihovo sposobnost proizvajanja električnih isker (1887). Einstein (1905) je razložil fotoelektrični učinek kot posledica svetlobe, ki se prenaša v diskretnih kvantiziranih paketih. Eksperiment Roberta Millikana (1921) je potrdil Einsteinov opis in privedel do tega, da je Einstein leta 1921 prejel Nobelovo nagrado za 'odkritje zakona fotoelektričnega učinka', Millikan pa Nobelovo nagrado leta 1923 za 'svoje delo o osnovnem naboju elektrike in o fotoelektričnem učinku'.

Davisson-Germerjev eksperiment - svetloba se obnaša kot valovanje

Davisson-Germerjev eksperiment je potrdil deBrogliejevo hipotezo in služil kot temelj za oblikovanje kvantne mehanike. Poskus je v bistvu uporabil Braggov zakon uklona za delce. Eksperimentalna vakuumska naprava je merila energijo elektronov, razpršenih s površine segrete žične nitke in pustila, da zadenejo kovinsko površino niklja. Elektronski žarek bi lahko zavrteli, da bi izmerili učinek spreminjanja kota na razpršene elektrone. Raziskovalci so ugotovili, da je intenzivnost razpršenega žarka dosegla vrh pod določenimi koti. To je pokazalo obnašanje valov in bi ga bilo mogoče razložiti z uporabo Braggovega zakona za razmik kristalne mreže niklja.

Poskus z dvojno režo Thomasa Younga

Youngov eksperiment z dvojno režo je mogoče razložiti z dvojnostjo val-delec. Oddana svetloba se odmakne od svojega vira kot elektromagnetno valovanje. Ob naletu na režo gre val skozi režo in se razdeli na dve valovni fronti, ki se prekrivata. V trenutku udarca v zaslon se valovno polje 'sesede' v eno točko in postane foton.