Kaj je valovna dvojnost?

V zadnjih sto letih je znanost naredila velik napredek pri proučevanju strukture našega sveta, tako na mikroskopski kot na makroskopski ravni. Odlična odkritja, ki so nam jih prinesla posebna in splošne teorije relativnosti kvantna mehanika še vedno vznemirja misli javnosti. Vsaka izobražena oseba pa mora razumeti vsaj osnove moderne znanosti. Eden najbolj impresivnih in pomembnih trenutkov je dvojnost valovnih delcev. To je paradoksalno odkritje, katerega razumevanje je izven nadzora intuitivnega vsakdanjega dojemanja.

Corpuscles in valovi

Prvič smo odkrili dualizem pri proučevanju svetlobe, ki se je glede na pogoje obnašala precej drugače. Po eni strani se je izkazalo, da je svetloba optična elektromagnetni val. Po drugi strani - diskretni delci (kemično delovanje svetlobe). Sprva so znanstveniki verjeli, da se ti dve predstavitvi medsebojno izključujeta. Vendar pa so številni poskusi pokazali, da ni tako. Postopoma je resničnost takšne stvari, kot je dvojnost valovnih delcev, postala navadna. Ta koncept je osnova za proučevanje obnašanja kompleksnih kvantnih objektov, ki niso niti valovi niti delci, temveč pridobijo le lastnosti slednjih ali prvega, odvisno od določenih pogojev.

Izkušnje z dvema režama

Fotonska difrakcija je jasen dokaz dualizma. Detektor nabitih delcev je fotoplat ali luminiscenten zaslon. Vsak posamezni foton je bil označen z izbruhom ali točkovnim bliskanjem. Kombinacija takih oznak je dala interferenčni vzorec - izmenjavo šibko in močno osvetljenih črt, kar je značilnost valovne difrakcije. To je mogoče pojasniti s takšnim konceptom, kot je dvojnost valovnih delcev. Slavni fizik in dobitnik Nobelove nagrade Richard Feynman je dejal, da se materija obnaša v majhnem obsegu, tako da je nemogoče zaznati "naravnost" vedenja kvantov.

Univerzalni dualizem

Vendar pa ta izkušnja velja ne le za fotone. Izkazalo se je, da je dualizem last vsega materiala in je univerzalen. Heisenberg je trdil, da gre v obeh variantah izmenično. Danes je absolutno dokazano, da se obe lastnosti manifestirata popolnoma istočasno.

Korpuskalni val

In kako razložiti to vedenje snovi? Val, ki je del korpuskul (delcev), se v imenu mladega aristokratskega znanstvenika imenuje de Brogliejev val, ki je predlagal rešitev tega problema. Šteje se, da de Brogliejeve enačbe opisujejo valovno funkcijo, ki v kvadratu določa le verjetnost, da je delec v različnih časih na različnih točkah v prostoru. Preprosto povedano, de Brogliejev val je verjetnost. Tako je bila vzpostavljena enakost med matematičnim konceptom (verjetnostjo) in realnim procesom.

Kvantno polje

Kaj so vsebine snovi? Na splošno to so kvanti valovna polja. Foton je kvant elektromagnetnega polja, pozitron in elektron je elektronsko-pozitronski, mezon je kvant mezonskega polja in tako naprej. Interakcija med valovnimi polji je pojasnjena z izmenjavo med njimi z nekaterimi vmesnimi delci, na primer v primeru elektromagnetne interakcije izmenjamo fotone. Iz tega neposredno sledi še ena potrditev, da so valni procesi, ki jih je opisal de Broglie, absolutno resnični fizični pojavi. In dualnost valovnih delcev ne deluje kot »skrivnostna skrita lastnost«, ki označuje sposobnost »reinkarniranja« delcev. Jasno prikazuje dva medsebojno povezana dejanja - gibanje predmeta in s tem povezan valovni proces.

Učinek predora

Dvojnost svetlobe v korpuskularnem valu je povezana z mnogimi drugimi zanimivimi pojavi. Smer de Brogliejevega valovnega delovanja se kaže v tako imenovanem tunelskem učinku, tj. Ko fotoni prodirajo skozi energetsko pregrado. Ta pojav je posledica povprečne vrednosti, ki presega injekcijo delcev v trenutku antinodov vala. S pomočjo tuneliranja je bilo mogoče razviti različne elektronske naprave.

Interferenca kvantov svetlobe

Sodobna znanost govori o interferenci fotonov tako skrivnostno kot o interferenci elektronov. Izkazalo se je, da lahko foton, ki je nedeljiv delec, hkrati potuje po vseh odprtih poteh in poseže vase. Če upoštevamo, da je valovitost dvojnosti lastnosti snovi in ​​fotona val, ki pokriva veliko strukturnih elementov, potem njegova delljivost ni izključena. To je v nasprotju s prejšnjimi pogledi na delce kot elementarno nedeljivo formacijo. Foton, ki ima določeno maso gibanja, tvori vzdolžni val, povezan s tem gibanjem, ki je pred samim delcem, saj je hitrost vzdolžnega vala večja od hitrosti prečne elektromagnetne. Zato obstajata dve razlagi za interferenco fotona s samim seboj: delček se razdeli na dve komponenti, ki vplivata drug na drugega; Fotonski val potuje na dva načina in tvori interferenčni vzorec. Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da je interferenčni vzorec ustvarjen z izmeničnim prehodom posameznih delcev fotona skozi interferometer. To potrjuje tezo, da vsak posamezni foton poseže vase. To je še posebej jasno vidno, če upoštevamo dejstvo, da je svetloba (neskladna in ne monokromatična) zbir fotonov, ki jih oddajajo atomi v medsebojno povezanih in naključnih procesih.

Kaj je svetloba?

Svetlobni val je elektromagnetno ne-lokalizirano polje, ki se porazdeli po prostoru. Elektromagnetno polje vala ima gostoto energije, ki je sorazmerna s kvadratom amplitude. To pomeni, da se gostota energije lahko spremeni s katero koli vrednostjo, torej je neprekinjena. Po eni strani je svetloba tok kvantov in fotonov (korpusk), ki so zaradi univerzalnosti takšnega pojava kot valovitostni dvojnosti lastnosti elektromagnetnega vala. Na primer, pri pojavih interference in difrakcije ter v merilu svetloba jasno kaže značilnosti valovanja. Na primer, en foton, kot je opisano zgoraj, ki prehaja skozi dvojno režo, ustvari interferenčni vzorec. S pomočjo eksperimentov je bilo dokazano, da en foton ni elektromagnetni impulz. Ne moremo ga razdeliti na žarke z razdelilniki žarkov, kot so pokazali francoski fiziki Aspe, Roger in Grange.

Svetloba ima tudi corpuscular lastnosti, ki se pojavijo, ko Comptonov učinek in s fotoelektričnim učinkom. Foton se lahko obnaša kot delci, ki jih absorbirajo objekti kot celota, katerih dimenzije so veliko manjše od njegove valovne dolžine (npr. Atomsko jedro). V nekaterih primerih se fotoni na splošno lahko obravnavajo kot točkasti predmeti. Ni razlike, od katere pozicije je treba upoštevati lastnosti svetlobe. Na področju barvnega vida lahko tok svetlobe opravlja funkcije obeh valov in delcev - fotonov kot kvanta energije. Objektna točka, osredotočena na fotoreceptor mrežnice, na primer na membrani stožca, lahko omogoči, da oko oblikuje lastno filtrirano vrednost kot glavne spektralne žarke svetlobe in jih razvrsti po valovni dolžini. Glede na vrednosti energije kvantov se bo v možganih predmetna točka prenesla v občutek barve (fokusirana optična slika).