Корпускулярно-волновой дуализм

Физика > Двойственность волновых частиц

 

Рассмотрите принципы и свойства корпускулярно-волнового дуализма – объекты наделены характеристиками волн и частиц: опыт Юнга с щелями и фотоэффект Эйнштейна.

Все физические объекты обладают характеристиками волн и частиц.

Задача обучения

• Рассмотрите эксперименты, продемонстрировавшие корпускулярно-волновой дуализм.

Основные пункты

• Все в природе ведет себя как частица или волна.
• Корпускулярно-волновой дуализм обычно скрывается в макроскопических явлениях.
• В эксперименте двойной щели отображено частичное свойство локализации. Но множественные повторения демонстрируют интерференционную картину: каждое событие определяется вероятностью.

Термины

• Уравнения Максвелла – список формул, характеризующих генерацию и перемены электрических и магнитных полей.
• Черное тело – идеализированное физическое тело, впитывающее все поступающие ЭМ-лучи.
• Фотоэлектрические эффекты – электроны выходят из вещества из-за поглощения энергии ЭМ-лучей.

Все физические объекты обладают характеристиками волн и частиц. Эта двойственность касается неспособности этих элементов описать поведение микроскопических объектов.

Если мы обратимся к классической физике, то волны и частички выступают разными понятиями. Более того, они даже являются взаимоисключающими в том смысле, что ни один не обладает свойствами другого. Наш голос нельзя локализовать в космосе, а бейсбольный мячик не исчезает из-за разрушительных помех. Тогда откуда появилась двойственность? Ее выявили экспериментально:

• Двойная щель Юнга. В начале 19 века этот эксперимент доказал, что свет выступает волной. В 1861 году Джеймс Максвелл охарактеризовал свет как распространение электромагнитных волн и привязал к своим формулам.
• Излучение черного тела. В 1901 году Максу Планку было нужно объяснить наблюдаемый световой спектр, излучающийся светящимся объектом. Он предположил, что излучаемая энергия квантуется. Это вступало в противоречие с мнением, что ЭМ-лучи – волны.
• Фотоэлектрический эффект. В 1905 году Альберт Эйнштейн выявил наличие фотонов и квантов.
• Волна де Бройля. В 1924 году Бройль вывел гипотезу, утверждая, что вся материя обладает волнообразной природой. Вскоре это подтвердилось наблюдениями, где электроны отображали дифракционные картины.

Это показало, что все в природе ведет себя как частичка и волна. Из-за этого двойственность волновых частиц выступает объектом споров в квантовой физике. Дело в том, что присутствие вероятности заставляет случайным образом принимать один из вариантов и получать лишь «частичный» результат.

Почему же бейсбольный мяч не ведет себя как волна? Длина волны материи летящего мяча на его привычной скорости крайне незначительная по отношению к его размеру, так что волнообразное поведение просто остается незамеченным.

---