Dalğa-hissəcik ikiliyi nədir? Bu, bəzi şərtlərdə dalğa kimi, digərlərində isə hissəciklər kimi davranan fotonların və digər atom altı hissəciklərin xüsusiyyətidir.
Materiyanın və işığın dalğa-zərrəcik ikiliyi kvant mexanikasının mühüm hissəsidir, çünki o, klassik mexanikada yaxşı işləyən "dalğalar" və "hissəciklər" kimi anlayışların kifayət etmədiyini ən yaxşı şəkildə nümayiş etdirir. bəzi kvant obyektlərinin davranışının izahları.
İşığın ikili təbiəti fizikada 1905-ci ildə Albert Eynşteyn hissəciklər kimi təsvir edilən fotonlardan istifadə edərək işığın davranışını təsvir etdikdən sonra tanındı. Sonra Eynşteyn işığı dalğa davranışı kimi təsvir edən daha az məşhur olan xüsusi nisbilik nəzəriyyəsini nəşr etdi.
İkili davranış nümayiş etdirən hissəciklər
Ən yaxşısı, dalğa-hissəcik ikiliyi prinsipifotonların davranışında müşahidə olunur. Bunlar ikili davranış nümayiş etdirən ən yüngül və ən kiçik obyektlərdir. Elementar hissəciklər, atomlar və hətta molekullar kimi daha böyük obyektlər arasında dalğa-hissəcik ikililiyinin elementləri də müşahidə oluna bilər, lakin daha böyük obyektlər özlərini son dərəcə qısa dalğalar kimi aparır, ona görə də onları müşahidə etmək çox çətindir. Adətən klassik mexanikada istifadə olunan anlayışlar daha böyük və ya makroskopik hissəciklərin davranışını təsvir etmək üçün kifayətdir.
Dalğa-hissəcik ikililiyinin sübutu
İnsanlar işığın və maddənin təbiəti haqqında əsrlər və hətta minilliklər boyu düşünürlər. Nisbətən yaxın vaxtlara qədər fiziklər işığın və maddənin xüsusiyyətlərinin birmənalı olması lazım olduğuna inanırdılar: işıq ya hissəciklər axını, ya da materiya kimi dalğa ola bilər, ya Nyuton mexanikasının qanunlarına tamamilə tabe olan ayrı-ayrı hissəciklərdən ibarət ola bilər, ya da birmənalı ola bilər. davamlı, ayrılmaz mühit.
Əvvəlcə müasir dövrdə işığın ayrı-ayrı hissəciklər axını kimi davranışı haqqında nəzəriyyə, yəni korpuskulyar nəzəriyyə məşhur idi. Nyutonun özü də buna sadiq qaldı. Lakin sonradan Huygens, Fresnel və Maxwell kimi fiziklər işığın dalğa olduğu qənaətinə gəldilər. Onlar işığın davranışını elektromaqnit sahəsinin salınması ilə izah etdilər və bu halda işığın və maddənin qarşılıqlı təsiri klassik sahə nəzəriyyəsinin izahı altına düşdü.
Lakin iyirminci əsrin əvvəllərində fiziklər onunla qarşılaşdılar ki, nə birinci, nə də ikinci izahatmüxtəlif şərtlər və qarşılıqlı təsirlər altında işıq davranışı sahəsini tamamilə əhatə edir.
O vaxtdan bəri çoxsaylı təcrübələr bəzi hissəciklərin davranışının ikililiyini sübut etdi. Bununla belə, kvant obyektlərinin xassələrinin dalğa-hissəcik ikililiyinin görünüşünə və qəbul edilməsinə işığın davranışının təbiəti haqqında mübahisələrə son qoyan ilk, ən erkən təcrübələr xüsusilə təsir etdi.
Fotoelektrik effekt: işıq hissəciklərdən ibarətdir
Fotoelektrik effekt, həmçinin fotoelektrik effekt adlanır, işığın (və ya hər hansı digər elektromaqnit şüalanmasının) maddə ilə qarşılıqlı təsiri prosesidir, nəticədə işıq hissəciklərinin enerjisi maddə hissəciklərinə ötürülür. Fotoelektrik effektin tədqiqi zamanı fotoelektronların davranışını klassik elektromaqnit nəzəriyyəsi ilə izah etmək mümkün olmadı.
Heinrich Hertz hələ 1887-ci ildə qeyd etdi ki, elektrodlar üzərində parlayan ultrabənövşəyi işığın onların elektrik qığılcımları yaratmaq qabiliyyətini artırır. Eynşteyn 1905-ci ildə fotoelektrik effekti işığın müəyyən kvant hissələri tərəfindən udulması və buraxılması ilə izah etdi və əvvəlcə onları işıq kvantları adlandırdı və sonra onlara fotonlar dedi.
Robert Millikenin 1921-ci ildə apardığı təcrübə Eynşteynin mühakiməsini təsdiqlədi və ona gətirib çıxardı ki, sonuncu fotoelektrik effektin kəşfinə görə Nobel mükafatı aldı, Millikanın özü isə elementar hissəciklər üzərində işinə görə 1923-cü ildə Nobel mükafatı aldı. və fotoelektrik effektin öyrənilməsi.
Davisson-Jermer təcrübəsi: işıq dalğadır
Davissonun təcrübəsi - Germer təsdiqlədide Broylun işığın dalğa-hissəcik ikiliyi haqqında fərziyyəsi kvant mexanikasının qanunlarını formalaşdırmaq üçün əsas olmuşdur.
Hər iki fizik nikel monokristalından elektronların əks olunmasını tədqiq etdi. Vakuumda yerləşən quraşdırma müəyyən bucaq altında nikel monokristal torpaqdan ibarət idi. Monoxromatik elektronlar şüası kəsilmiş müstəviyə birbaşa perpendikulyar yönəldilmişdir.
Təcrübələr göstərmişdir ki, əks olunma nəticəsində elektronlar çox seçici şəkildə səpələnir, yəni sürət və bucaqdan asılı olmayaraq bütün əks olunan şüalarda intensivliyin maksimal və minimumları müşahidə olunur. Beləliklə, Davisson və Germer təcrübi olaraq hissəciklərdə dalğa xüsusiyyətlərinin olduğunu təsdiqlədilər.
1948-ci ildə sovet fiziki V. A. Fabrikant eksperimental olaraq təsdiqlədi ki, dalğa funksiyaları təkcə elektronların axınına deyil, həm də hər bir elektrona ayrıca xasdır.
Jungun iki yarıqla təcrübəsi
Tomas Yanqın iki yarıqla apardığı praktiki təcrübə həm işığın, həm də maddənin həm dalğaların, həm də hissəciklərin xüsusiyyətlərini nümayiş etdirə biləcəyinin nümayişidir.
Yunqun təcrübəsi ilk dəfə 19-cu əsrin əvvəllərində, hətta dualizm nəzəriyyəsinin yaranmasından əvvəl həyata keçirilməsinə baxmayaraq, dalğa-hissəcik ikiliyinin təbiətini praktiki olaraq nümayiş etdirir.
Təcrübənin mahiyyəti belədir: işıq mənbəyi (məsələn, lazer şüası) iki paralel yuvanın düzəldildiyi lövhəyə yönəldilir. Yarıqlardan keçən işıq lövhənin arxasındakı ekranda əks olunur.
İşığın dalğa təbiəti işıq dalğalarının yarıqlardan keçməsinə səbəb olurqarışdıraraq ekranda işıq və tünd zolaqlar əmələ gətirir, əgər işıq sırf hissəciklər kimi davransaydı, bu baş verməzdi. Bununla belə, ekran işığı udur və əks etdirir və fotoelektrik effekt işığın korpuskulyar təbiətinin sübutudur.
Materiyanın dalğa-hissəcik ikiliyi nədir?
Materiyanın işıqla eyni ikilikdə davrana bilməyəcəyi sualını de Brogli öz üzərinə götürdü. O, müəyyən şərtlər altında və təcrübədən asılı olaraq təkcə fotonların deyil, həm də elektronların dalğa-hissəcik ikiliyini nümayiş etdirə biləcəyi barədə cəsarətli bir fərziyyəyə sahibdir. Brogli 1924-cü ildə təkcə işıq fotonlarının deyil, həm də makrohissəciklərin ehtimal dalğaları ideyasını inkişaf etdirdi.
Fərziyyə Davisson-Germer təcrübəsindən istifadə etməklə və Young'ın ikiqat yarıq təcrübəsini təkrarlayaraq (fotonların yerinə elektronlarla) sübut edildikdə, de Broglie Nobel mükafatı aldı (1929).
Məlum oldu ki, düzgün şəraitdə maddə də özünü klassik dalğa kimi apara bilər. Təbii ki, böyük obyektlər o qədər qısa dalğalar yaradır ki, onları müşahidə etmək mənasızdır, lakin atomlar və ya hətta molekullar kimi daha kiçik obyektlər nəzərəçarpacaq dalğa uzunluğu nümayiş etdirirlər ki, bu da praktiki olaraq dalğa funksiyaları üzərində qurulmuş kvant mexanikası üçün çox vacibdir.
Dalğa-hissəcik ikililiyinin mənası
Dalğa-hissəcik ikiliyi anlayışının əsas mənası ondan ibarətdir ki, elektromaqnit şüalanma və maddənin davranışı diferensial tənlikdən istifadə etməklə təsvir edilə bilər,dalğa funksiyasını təmsil edir. Adətən bu Schrödinger tənliyidir. Dalğa funksiyalarından istifadə edərək reallığı təsvir etmək bacarığı kvant mexanikasının əsasını təşkil edir.
Dalğa-hissəcik ikililiyinin nə olduğu sualına ən çox verilən cavab dalğa funksiyasının müəyyən bir yerdə müəyyən hissəciyi tapmaq ehtimalını təmsil etməsidir. Başqa sözlə, hissəciyin proqnozlaşdırılan yerdə olma ehtimalı onu dalğa edir, lakin fiziki görünüşü və forması belə deyil.
Dalğa-hissəcik ikiliyi nədir?
Riyaziyyat son dərəcə mürəkkəb bir şəkildə də olsa, diferensial tənliklər əsasında dəqiq proqnozlar versə də, kvant fizikası üçün bu tənliklərin mənasını başa düşmək və izah etmək çox daha çətindir. Dalğa-hissəcik ikililiyinin nə olduğunu izah etmək cəhdi hələ də kvant fizikasında müzakirələrin mərkəzindədir.
Dalğa-hissəcik ikililiyinin praktiki əhəmiyyəti həm də ondan ibarətdir ki, hər hansı bir fizik adekvat qavrayış üçün demək olar ki, hər hansı bir obyekt haqqında adi şəkildə düşünmək artıq kifayət etmədiyi halda reallığı çox maraqlı şəkildə qavramağı öyrənməlidir. reallıq.
