Bangų ir dalelių dualumas
Bangų ir dalelių dvilypumas yra bene viena painiausių fizikos sąvokų, nes ji labai skiriasi nuo visko, ką matome įprastame pasaulyje.
XVII-XIX a. šviesą tyrinėję fizikai ginčijosi, ar šviesa sudaryta iš dalelių, ar iš bangų. Atrodo, kad šviesa yra ir viena, ir kita. Kartais atrodo, kad šviesa sklinda tik tiesia linija, tarsi būtų sudaryta iš dalelių. Tačiau kiti eksperimentai rodo, kad šviesa turi dažnį ir bangos ilgį, kaip ir garso ar vandens bangos. Iki XX a. dauguma fizikų manė, kad šviesa yra arba viena, arba kita, o kitoje ginčo pusėje esantys mokslininkai paprasčiausiai klydo.
Dabartinė padėtis
Šią problemą sprendė Maksas Plankas, Albertas Einšteinas, Luisas de Brolis, Arturas Komptonas, Nielsas Boras. Dabartinė mokslinė teorija teigia, kad visos dalelės veikia ir kaip bangos, ir kaip dalelės. Tai patvirtinta elementariosioms dalelėms ir sudėtinėms dalelėms, pavyzdžiui, atomams ir molekulėms. Makroskopinių dalelių atveju dėl itin mažo bangos ilgio bangų savybių paprastai neįmanoma aptikti.
Eksperimentas
1909 m. mokslininkas Džefris Teiloras (Geoffrey Taylor) nusprendė išspręsti šį ginčą visiems laikams. Jis pasiskolino anksčiau Tomo Youngo sugalvotą eksperimentą, kurio metu šviesa buvo skleidžiama pro dvi mažas skylutes, esančias viena šalia kitos. Kai pro šias dvi mažas skylutes prasiskverbdavo ryški šviesa, susidarydavo interferencinis modelis, kuris tarsi rodė, kad šviesa iš tikrųjų yra banga.
Teiloro sumanymas buvo nufotografuoti iš skylių sklindančią šviesą specialiu fotoaparatu, kuris buvo nepaprastai jautrus šviesai. Kai pro skylutes prasiskverbdavo ryški šviesa, nuotraukoje matydavosi interferencinis modelis, kaip anksčiau parodė Jangas. Tuomet Teiloras sumažino šviesą iki labai silpnos. Kai šviesa buvo pakankamai blausi, Teiloro nuotraukose matėsi mažyčiai šviesos taškeliai, išsisklaidantys iš skylučių. Tai tarsi rodė, kad šviesa iš tikrųjų yra dalelė. Jei Teiloras leido silpnai šviesai pakankamai ilgai šviesti pro skylutes, taškeliai galiausiai vėl užpildė nuotrauką ir sudarė interferencinį modelį. Tai įrodė, kad šviesa kažkokiu būdu yra ir banga, ir dalelė.
Kad viskas būtų dar painiau, Louis de Broglie pasiūlė, kad materija gali veikti taip pat. Tada mokslininkai atliko tuos pačius eksperimentus su elektronais ir nustatė, kad elektronai taip pat yra ir dalelės, ir bangos. Elektronus galima naudoti atliekant Youngo dvigubo plyšio eksperimentą.
Šiandien šiuos eksperimentus įvairiais būdais atliko tiek daug skirtingų žmonių, kad mokslininkai tiesiog pripažįsta, jog tiek materija, tiek šviesa yra ir bangos, ir dalelės. Mokslininkai vis dar nėra tikri, kaip taip gali būti, tačiau jie yra visiškai tikri, kad tai turi būti tiesa. Nors atrodo neįmanoma suprasti, kaip kas nors gali būti ir banga, ir dalelė, mokslininkai turi keletą lygčių šiems dalykams aprašyti, kuriose yra kintamieji, nusakantys ir bangos ilgį (bangos savybė), ir impulsą (dalelės savybė). Šis iš pažiūros neįmanomas dalykas vadinamas bangų ir dalelių dualumu.
Pagrindinė teorija
Bangų ir dalelių dualumas reiškia, kad visos dalelės pasižymi ir bangų, ir dalelių savybėmis. Tai pagrindinė kvantinės mechanikos sąvoka. Klasikinės sąvokos "dalelė" ir "banga" nevisiškai apibūdina kvantinio mastelio objektų elgseną.
Dalelės kaip bangos
Elektronas turi bangos ilgį, vadinamą "de Broilio bangos ilgiu". Jį galima apskaičiuoti pagal lygtį
λ D = h ρ {\displaystyle \lambda _{D}={\frac {h}{\rho }}} 
λ D {\displaystyle \lambda _{D}}
yra de Broilio bangos ilgis.
h {\displaystyle h}
yra Planko konstanta
ρ {\displaystyle \rho }
yra dalelės momentas.
Taip buvo iškelta idėja, kad elektronams atomuose būdingas stovinčių bangų modelis.
Bangos kaip dalelės
Fotoelektrinis efektas rodo, kad šviesos fotonas, turintis pakankamai energijos (pakankamai aukštą dažnį), gali išlaisvinti elektroną iš metalo paviršiaus. Šiuo atveju elektronai gali būti vadinami fotoelektronais.
Susiję puslapiai
- Maxas Planckas
- Kvantinė mechanika
