Çfarë është dualiteti valë-grimcë? Është një karakteristikë e fotoneve dhe grimcave të tjera nënatomike që sillen si valë në disa kushte dhe si grimca në të tjera.
Dualiteti valë-grimcë i materies dhe dritës është një pjesë e rëndësishme e mekanikës kuantike, sepse tregon më së miri faktin se koncepte të tilla si "valët" dhe "grimcat", të cilat funksionojnë mirë në mekanikën klasike, nuk janë të mjaftueshme për të. shpjegime të sjelljes së disa objekteve kuantike.
Natyra e dyfishtë e dritës u njoh në fizikë pas vitit 1905, kur Albert Ajnshtajni përshkroi sjelljen e dritës duke përdorur fotone, të cilat përshkruheshin si grimca. Pastaj Ajnshtajni publikoi relativitetin special më pak të famshëm, i cili e përshkruante dritën si sjellje valore.
Grimcat që shfaqin sjellje të dyfishtë
Më e mira nga të gjitha, parimi i dualitetit valë-grimcëvërehet në sjelljen e fotoneve. Këto janë objektet më të lehta dhe më të vogla që shfaqin sjellje të dyfishtë. Midis objekteve më të mëdha, si grimcat elementare, atomet, madje edhe molekulat, mund të vërehen edhe elementë të dualitetit valë-grimcë, por objektet më të mëdha sillen si valë jashtëzakonisht të shkurtra, kështu që ato janë shumë të vështira për t'u vëzhguar. Zakonisht, konceptet e përdorura në mekanikën klasike janë të mjaftueshme për të përshkruar sjelljen e grimcave më të mëdha ose makroskopike.
Dëshmi e dualitetit valë-grimcë
Njerëzit kanë menduar për natyrën e dritës dhe materies për shumë shekuj dhe madje mijëvjeçarë. Deri relativisht kohët e fundit, fizikanët besonin se karakteristikat e dritës dhe materies duhet të jenë të paqarta: drita mund të jetë ose një rrymë grimcash ose një valë, ashtu si materia, ose e përbërë nga grimca individuale që u binden plotësisht ligjeve të mekanikës njutoniane, ose duke qenë një medium i vazhdueshëm, i pandashëm.
Fillimisht, në kohët moderne, teoria për sjelljen e dritës si një rrjedhë grimcash individuale, domethënë teoria korpuskulare, ishte e përhapur. Vetë Njutoni iu përmbajt asaj. Megjithatë, fizikanët e mëvonshëm si Huygens, Fresnel dhe Maxwell arritën në përfundimin se drita është një valë. Ata shpjeguan sjelljen e dritës me lëkundjen e fushës elektromagnetike, dhe ndërveprimi i dritës dhe materies në këtë rast binte nën shpjegimin e teorisë klasike të fushës.
Megjithatë, në fillim të shekullit të njëzetë, fizikanët u përballën me faktin se as shpjegimi i parë dhe as i dyti nuk mund tëmbulojnë plotësisht zonën e sjelljes së dritës në kushte dhe ndërveprime të ndryshme.
Që atëherë, eksperimente të shumta kanë vërtetuar dualitetin e sjelljes së disa grimcave. Megjithatë, shfaqja dhe pranimi i dualitetit valë-grimcë të vetive të objekteve kuantike u ndikua veçanërisht nga eksperimentet e para, më të hershme, të cilat i dhanë fund debatit rreth natyrës së sjelljes së dritës.
Efekt fotoelektrik: drita përbëhet nga grimca
Efekti fotoelektrik, i quajtur edhe efekti fotoelektrik, është procesi i bashkëveprimit të dritës (ose çdo rrezatimi tjetër elektromagnetik) me lëndën, si rezultat i të cilit energjia e grimcave të dritës transferohet në grimcat e materies. Gjatë studimit të efektit fotoelektrik, sjellja e fotoelektroneve nuk mund të shpjegohej me teorinë klasike elektromagnetike.
Heinrich Hertz vuri në dukje në vitin 1887 se ndriçimi i dritës ultravjollcë në elektroda rriti aftësinë e tyre për të krijuar shkëndija elektrike. Ajnshtajni në vitin 1905 shpjegoi efektin fotoelektrik me faktin se drita përthithet dhe emetohet nga disa pjesë kuantike, të cilat ai fillimisht i quajti kuantë të dritës, dhe më pas i quajti fotone.
Një eksperiment nga Robert Milliken në vitin 1921 konfirmoi gjykimin e Ajnshtajnit dhe çoi në faktin se ky i fundit mori çmimin Nobel për zbulimin e efektit fotoelektrik dhe vetë Millikan mori çmimin Nobel në 1923 për punën e tij mbi grimcat elementare. dhe studimi i efektit fotoelektrik.
Eksperiment Davisson-Jermer: drita është një valë
Përvoja e Davisson - konfirmoi GermerHipoteza e de Broglie në lidhje me dualitetin valë-grimcë të dritës dhe shërbeu si bazë për formulimin e ligjeve të mekanikës kuantike.
Të dy fizikanët studiuan reflektimin e elektroneve nga një kristal i vetëm nikeli. Instalimi, i vendosur në një vakum, përbëhej nga një tokëzim me një kristal nikel në një kënd të caktuar. Një rreze elektronesh monokromatike drejtohej drejtpërdrejt pingul me rrafshin e prerë.
Eksperimentet kanë treguar se si rezultat i reflektimit, elektronet shpërndahen në mënyrë shumë selektive, domethënë në të gjitha rrezet e reflektuara, pavarësisht nga shpejtësia dhe këndet, vërehen maksimumi dhe minimumi i intensitetit. Kështu, Davisson dhe Germer konfirmuan në mënyrë eksperimentale praninë e vetive të valës në grimca.
Në vitin 1948, fizikani sovjetik V. A. Fabrikant konfirmoi eksperimentalisht se funksionet valore janë të natyrshme jo vetëm në rrjedhën e elektroneve, por edhe në secilin elektron veç e veç.
Eksperimenti i Jung me dy të çara
Eksperimenti praktik i Thomas Young me dy çarje është një demonstrim se drita dhe lënda mund të shfaqin karakteristikat e valëve dhe grimcave.
Eksperimenti i Jung-ut demonstron praktikisht natyrën e dualitetit valë-grimcë, pavarësisht nga fakti se ai u krye për herë të parë në fillim të shekullit të 19-të, madje edhe para ardhjes së teorisë së dualizmit.
Thelbi i eksperimentit është si më poshtë: një burim drite (për shembull, një rreze lazer) drejtohet në një pllakë ku bëhen dy vrima paralele. Drita që kalon nëpër të çarat reflektohet në ekranin pas pllakës.
Natyra valore e dritës shkakton valët e dritës që kalojnë nëpër çarje nëpërzierje, duke prodhuar vija të lehta dhe të errëta në ekran, gjë që nuk do të ndodhte nëse drita do të sillej thjesht si grimca. Megjithatë, ekrani thith dhe reflekton dritën, dhe efekti fotoelektrik është provë e natyrës korpuskulare të dritës.
Çfarë është dualiteti valë-grimcë i materies?
Çështja nëse materia mund të sillet në të njëjtin dualitet si drita, de Broglie e ngriti. Ai zotëron një hipotezë të guximshme që, në kushte të caktuara dhe në varësi të eksperimentit, jo vetëm fotonet, por edhe elektronet mund të demonstrojnë dualitet valë-grimcë. Broglie zhvilloi idenë e tij për valët e probabilitetit jo vetëm të fotoneve të dritës, por edhe të makrogrimcave në vitin 1924.
Kur hipoteza u vërtetua duke përdorur eksperimentin Davisson-Germer dhe duke përsëritur eksperimentin me çarje të dyfishtë të Young (me elektrone në vend të fotoneve), de Broglie mori çmimin Nobel (1929).
Rezulton se materia gjithashtu mund të sillet si një valë klasike në rrethanat e duhura. Natyrisht, objektet e mëdha krijojnë valë aq të shkurtra sa është e pakuptimtë vëzhgimi i tyre, por objektet më të vogla, si atomet apo edhe molekulat, shfaqin një gjatësi vale të dukshme, e cila është shumë e rëndësishme për mekanikën kuantike, e cila praktikisht ndërtohet mbi funksionet valore.
Kuptimi i dualitetit valë-grimcë
Kuptimi kryesor i konceptit të dualitetit valë-grimcë është se sjellja e rrezatimit elektromagnetik dhe e materies mund të përshkruhet duke përdorur një ekuacion diferencial,që paraqet funksionin valor. Zakonisht ky është ekuacioni i Shrodingerit. Aftësia për të përshkruar realitetin duke përdorur funksionet valore është në zemër të mekanikës kuantike.
Përgjigja më e zakonshme për pyetjen se çfarë është dualiteti valë-grimcë është se funksioni i valës përfaqëson probabilitetin për të gjetur një grimcë të caktuar në një vend të caktuar. Me fjalë të tjera, probabiliteti që një grimcë të jetë në një vendndodhje të parashikuar e bën atë një valë, por pamja dhe forma e saj fizike nuk janë.
Çfarë është dualiteti valë-grimcë?
Ndërsa matematika, megjithëse në një mënyrë jashtëzakonisht komplekse, bën parashikime të sakta bazuar në ekuacione diferenciale, kuptimi i këtyre ekuacioneve për fizikën kuantike është shumë më i vështirë për t'u kuptuar dhe shpjeguar. Një përpjekje për të shpjeguar se çfarë është dualiteti valë-grimcë është ende në qendër të debatit në fizikën kuantike.
Rëndësia praktike e dualitetit valë-grimcë qëndron gjithashtu në faktin se çdo fizikan duhet të mësojë të perceptojë realitetin në një mënyrë shumë interesante, kur të menduarit për pothuajse çdo objekt në mënyrën e zakonshme nuk mjafton më për një perceptim adekuat. e realitetit.
