რა არის ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა? ეს არის ფოტონებისა და სხვა სუბატომური ნაწილაკების მახასიათებელი, რომლებიც ზოგიერთ პირობებში იქცევიან ტალღის მსგავსად, ზოგიერთში კი ნაწილაკების მსგავსად.
მატერიისა და სინათლის ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა კვანტური მექანიკის მნიშვნელოვანი ნაწილია, რადგან ის ყველაზე კარგად ადასტურებს იმ ფაქტს, რომ ისეთი ცნებები, როგორიცაა "ტალღები" და "ნაწილაკები", რომლებიც კარგად მუშაობს კლასიკურ მექანიკაში, საკმარისი არ არის. ზოგიერთი კვანტური ობიექტის ქცევის ახსნა.
სინათლის ორმაგი ბუნება მოიპოვა აღიარება ფიზიკაში 1905 წლის შემდეგ, როდესაც ალბერტ აინშტაინმა აღწერა სინათლის ქცევა ფოტონების გამოყენებით, რომლებიც აღწერილია როგორც ნაწილაკები. შემდეგ აინშტაინმა გამოაქვეყნა ნაკლებად ცნობილი ფარდობითობა, რომელიც აღწერდა სინათლეს, როგორც ტალღის ქცევას.
ნაწილაკები, რომლებიც ავლენენ ორმაგ ქცევას
ყველაზე კარგი, ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის პრინციპიშეინიშნება ფოტონების ქცევაში. ეს არის ყველაზე მსუბუქი და პატარა ობიექტები, რომლებიც ავლენენ ორმაგ ქცევას. უფრო დიდ ობიექტებს შორის, როგორიცაა ელემენტარული ნაწილაკები, ატომები და თუნდაც მოლეკულები, ასევე შეიძლება შეინიშნოს ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის ელემენტები, მაგრამ უფრო დიდი ობიექტები იქცევიან უკიდურესად მოკლე ტალღების მსგავსად, ამიტომ მათი დაკვირვება ძალიან რთულია. ჩვეულებრივ, კლასიკურ მექანიკაში გამოყენებული ცნებები საკმარისია უფრო დიდი ან მაკროსკოპული ნაწილაკების ქცევის აღსაწერად.
ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის მტკიცებულება
ადამიანები ფიქრობენ სინათლისა და მატერიის ბუნებაზე მრავალი საუკუნის და ათასწლეულების განმავლობაშიც კი. შედარებით ცოტა ხნის წინ, ფიზიკოსებს მიაჩნდათ, რომ სინათლისა და მატერიის მახასიათებლები ცალსახა უნდა იყოს: სინათლე შეიძლება იყოს ნაწილაკების ნაკადი ან ტალღა, ისევე როგორც მატერია, ან შედგება ცალკეული ნაწილაკებისგან, რომლებიც მთლიანად ემორჩილებიან ნიუტონის მექანიკის კანონებს, ან არის უწყვეტი, განუყოფელი საშუალო.
თავდაპირველად, თანამედროვე დროში, პოპულარული იყო თეორია სინათლის, როგორც ცალკეული ნაწილაკების ნაკადის ქცევის შესახებ, ანუ კორპუსკულარული თეორია. თავად ნიუტონი ამას იცავდა. თუმცა, მოგვიანებით ფიზიკოსებმა, როგორიცაა ჰაიგენსი, ფრენელი და მაქსველი, დაასკვნეს, რომ სინათლე არის ტალღა. ისინი ხსნიდნენ სინათლის ქცევას ელექტრომაგნიტური ველის რხევით და სინათლისა და მატერიის ურთიერთქმედება ამ შემთხვევაში ექვემდებარება კლასიკური ველის თეორიის განმარტებას.
თუმცა, მეოცე საუკუნის დასაწყისში ფიზიკოსები დადგნენ იმ ფაქტის წინაშე, რომ არც პირველი და არც მეორე ახსნა არ შეეძლომთლიანად ფარავს სინათლის ქცევის არეალს სხვადასხვა პირობებში და ურთიერთქმედებაში.
მას შემდეგ მრავალმა ექსპერიმენტმა დაადასტურა ზოგიერთი ნაწილაკების ქცევის ორმაგობა. თუმცა, კვანტური ობიექტების თვისებების ტალღურ-ნაწილაკების ორმაგობის გამოჩენასა და მიღებაზე განსაკუთრებული გავლენა მოახდინა პირველმა, ადრეულმა ექსპერიმენტებმა, რომლებმაც ბოლო მოუღეს კამათს სინათლის ქცევის ბუნების შესახებ..
ფოტოელექტრული ეფექტი: სინათლე შედგება ნაწილაკებისგან
ფოტოელექტრული ეფექტი, რომელსაც ასევე უწოდებენ ფოტოელექტრული ეფექტს, არის სინათლის (ან ნებისმიერი სხვა ელექტრომაგნიტური გამოსხივების) ურთიერთქმედების პროცესი მატერიასთან, რის შედეგადაც სინათლის ნაწილაკების ენერგია გადადის მატერიის ნაწილაკებზე. ფოტოელექტრული ეფექტის შესწავლისას ფოტოელექტრონების ქცევა ვერ აიხსნება კლასიკური ელექტრომაგნიტური თეორიით.
ჰაინრიხ ჰერცმა ჯერ კიდევ 1887 წელს აღნიშნა, რომ ელექტროდებზე ულტრაიისფერი შუქის გამოსხივება ზრდის მათ უნარს, შექმნან ელექტრული ნაპერწკლები. აინშტაინმა 1905 წელს ახსნა ფოტოელექტრული ეფექტი იმით, რომ სინათლე შეიწოვება და გამოიყოფა გარკვეული კვანტური ნაწილებით, რომლებსაც მან თავდაპირველად სინათლის კვანტები უწოდა, შემდეგ კი მათ ფოტონები უწოდა..
1921 წელს რობერტ მილიკენის ექსპერიმენტმა დაადასტურა აინშტაინის განსჯა და მიგვიყვანა იმ ფაქტამდე, რომ ამ უკანასკნელმა მიიღო ნობელის პრემია ფოტოელექტრული ეფექტის აღმოჩენისთვის, ხოლო თავად მილიკანმა მიიღო ნობელის პრემია 1923 წელს ელემენტარულ ნაწილაკებზე მუშაობისთვის. და ფოტოელექტრული ეფექტის შესწავლა.
დევისონ-ჯერმერის ექსპერიმენტი: სინათლე არის ტალღა
დევისონის გამოცდილება - დაადასტურა გერმერმადე ბროლის ჰიპოთეზა სინათლის ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის შესახებ და საფუძვლად დაედო კვანტური მექანიკის კანონების ჩამოყალიბებას.
ორივე ფიზიკოსმა შეისწავლა ელექტრონების ასახვა ნიკელის ერთკრისტალიდან. კონფიგურაცია, რომელიც მდებარეობს ვაკუუმში, შედგებოდა ნიკელის ერთკრისტალური დაფქვისგან გარკვეული კუთხით. მონოქრომატული ელექტრონების სხივი მიმართული იყო პირდაპირ პერპენდიკულარულად გაჭრილ სიბრტყეზე.
ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ არეკვლის შედეგად ელექტრონები იფანტება ძალიან შერჩევით, ანუ ყველა ასახულ სხივში, სიჩქარისა და კუთხეების მიუხედავად, შეინიშნება ინტენსივობის მაქსიმალური და მინიმალური. ამრიგად, დევისონმა და გერმერმა ექსპერიმენტულად დაადასტურეს ნაწილაკებში ტალღის თვისებების არსებობა.
1948 წელს საბჭოთა ფიზიკოსმა ვ.ა.ფაბრიკანტმა ექსპერიმენტულად დაადასტურა, რომ ტალღური ფუნქციები თანდაყოლილია არა მხოლოდ ელექტრონების ნაკადში, არამედ თითოეულ ელექტრონს ცალკე.
იუნგის ექსპერიმენტი ორი ჭრილით
თომას იანგის პრაქტიკული ექსპერიმენტი ორი ჭრილით არის დემონსტრირება იმისა, რომ სინათლესაც და მატერიას შეუძლია გამოავლინოს როგორც ტალღების, ისე ნაწილაკების მახასიათებლები.
იუნგის ექსპერიმენტი პრაქტიკულად ასახავს ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის ბუნებას, მიუხედავად იმისა, რომ იგი პირველად განხორციელდა მე-19 საუკუნის დასაწყისში, ჯერ კიდევ დუალიზმის თეორიის გაჩენამდე..
ექსპერიმენტის არსი შემდეგია: სინათლის წყარო (მაგალითად, ლაზერის სხივი) მიმართულია ფირფიტაზე, სადაც კეთდება ორი პარალელური ჭრილი. ჭრილებში გამავალი სინათლე აისახება ფირფიტის უკან ეკრანზე.
სინათლის ტალღური ბუნება იწვევს სინათლის ტალღებს, რომლებიც გადიან ჭრილებშიშეურიეთ, წარმოქმნით ნათელ და მუქ ზოლებს ეკრანზე, რაც არ მოხდებოდა, თუ სინათლე წმინდა ნაწილაკების მსგავსად მოიქცეოდა. თუმცა, ეკრანი შთანთქავს და ირეკლავს სინათლეს, ფოტოელექტრული ეფექტი კი სინათლის კორპუსკულური ბუნების დასტურია.
რა არის მატერიის ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა?
საკითხი იმის შესახებ, შეუძლია თუ არა მატერიას იგივე ორმაგობით ქცევა, როგორც სინათლე, დე ბროლიმ წამოიჭრა. მას ეკუთვნის გაბედული ჰიპოთეზა, რომ გარკვეულ პირობებში და ექსპერიმენტიდან გამომდინარე, არა მხოლოდ ფოტონებს, არამედ ელექტრონებსაც შეუძლიათ ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის დემონსტრირება. ბროგლიმ განავითარა თავისი იდეა ალბათობის ტალღების შესახებ არა მხოლოდ სინათლის ფოტონების, არამედ მაკრონაწილაკების შესახებ 1924 წელს.
როდესაც ჰიპოთეზა დამტკიცდა დევისონ-გერმერის ექსპერიმენტის გამოყენებით და გაიმეორა იანგის ორმაგი ნაპრალის ექსპერიმენტი (ელექტრონებით ფოტონების ნაცვლად), დე ბროლიმ მიიღო ნობელის პრემია (1929).
როგორც ჩანს, მატერიას ასევე შეუძლია მოიქცეს კლასიკური ტალღის მსგავსად სწორ გარემოებებში. რა თქმა უნდა, დიდი ობიექტები ქმნიან ტალღებს ისე მოკლე, რომ უაზროა მათზე დაკვირვება, მაგრამ პატარა ობიექტები, როგორიცაა ატომები ან თუნდაც მოლეკულები, აჩვენებენ შესამჩნევ ტალღის სიგრძეს, რაც ძალზე მნიშვნელოვანია კვანტური მექანიკისთვის, რომელიც პრაქტიკულად ტალღურ ფუნქციებზეა აგებული.
ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის მნიშვნელობა
ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის კონცეფციის მთავარი მნიშვნელობა არის ის, რომ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების და მატერიის ქცევა შეიძლება აღწერილი იყოს დიფერენციალური განტოლების გამოყენებით,რომელიც წარმოადგენს ტალღის ფუნქციას. ჩვეულებრივ, ეს არის შროდინგერის განტოლება. ტალღის ფუნქციების გამოყენებით რეალობის აღწერის უნარი კვანტური მექანიკის გულშია.
ყველაზე გავრცელებული პასუხი კითხვაზე, თუ რა არის ტალღა-ნაწილაკის ორმაგობა არის ის, რომ ტალღის ფუნქცია წარმოადგენს გარკვეულ ადგილას გარკვეული ნაწილაკის პოვნის ალბათობას. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ალბათობა იმისა, რომ ნაწილაკი იწინასწარმეტყველა ადგილმდებარეობაში აქცევს მას ტალღად, მაგრამ მისი ფიზიკური გარეგნობა და ფორმა არა.
რა არის ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა?
მიუხედავად იმისა, რომ მათემატიკა, თუმცა უკიდურესად რთული გზით, აკეთებს ზუსტ პროგნოზებს დიფერენციალურ განტოლებებზე დაყრდნობით, ამ განტოლებების მნიშვნელობა კვანტური ფიზიკისთვის გაცილებით რთული გასაგები და ახსნილია. მცდელობა ახსნას რა არის ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა ჯერ კიდევ კვანტურ ფიზიკაში დებატების ცენტრშია.
ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის პრაქტიკული მნიშვნელობა ასევე იმაში მდგომარეობს, რომ ნებისმიერმა ფიზიკოსმა უნდა ისწავლოს რეალობის ძალიან საინტერესოდ აღქმა, როცა თითქმის ნებისმიერ ობიექტზე ჩვეული წესით ფიქრი საკმარისი აღარ არის ადეკვატური აღქმისთვის. რეალობის.
