Geçtiğimiz yüzyıl boyunca bilim, dünyamızın yapısını hem mikroskobik hem de makroskobik düzeyde inceleme konusunda büyük ilerlemeler kaydetti. Özel ve genel görelilik teorileri ile kuantum mekaniğinin bizlere getirdiği şaşırtıcı keşifler hâlâ kamuoyunun kafasını karıştırıyor. Ancak eğitimli herhangi bir kişinin en azından modern bilimsel başarıların temellerini anlaması gerekir. En etkileyici ve önemli noktalardan biri dalga-parçacık ikiliğidir. Bu, anlaşılması sezgisel gündelik algının ötesinde olan paradoksal bir keşiftir.

Parçacıklar ve dalgalar

Dualizm ilk olarak koşullara bağlı olarak tamamen farklı davranan ışığın incelenmesi sırasında keşfedildi. Bir yandan ışığın optik bir elektromanyetik dalga olduğu ortaya çıktı. Öte yandan ayrı bir parçacık (ışığın kimyasal etkisi) vardır. Başlangıçta bilim adamları bu iki fikrin birbirini dışladığına inanıyorlardı. Ancak çok sayıda deney durumun böyle olmadığını göstermiştir. Yavaş yavaş dalga-parçacık ikiliği gibi bir kavramın gerçekliği olağan hale geldi. Bu kavram, ne dalga ne de parçacık olan, ancak belirli koşullara bağlı olarak yalnızca ikincisinin veya birincisinin özelliklerini kazanan karmaşık kuantum nesnelerinin davranışını incelemek için temel sağlar.

Çift yarık deneyi

Foton kırınımı dualizmin açık bir göstergesidir. Yüklü parçacıkların dedektörü bir fotoğraf plakası veya bir floresan ekrandır. Her bir foton aydınlatma veya spot flaşla işaretlendi. Bu tür işaretlerin kombinasyonu, dalga kırınımının bir özelliği olan, zayıf ve güçlü bir şekilde aydınlatılmış şeritlerin dönüşümlü olarak bir girişim deseni verdi. Bu, dalga-parçacık ikiliği gibi bir kavramla açıklanmaktadır. Ünlü fizikçi ve Nobel ödüllü Richard Feynman, maddenin küçük ölçeklerde öyle davrandığını ve kuantum davranışının "doğallığını" hissetmenin imkansız olduğunu söyledi.

Evrensel dualizm

Ancak bu deneyim sadece fotonlar için geçerli değildir. Düalizmin tüm maddelerin bir özelliği olduğu ve evrensel olduğu ortaya çıktı. Heisenberg, maddenin dönüşümlü olarak her iki biçimde de var olduğunu savundu. Bugün her iki özelliğin tamamen aynı anda ortaya çıktığı kesinlikle kanıtlanmıştır.

Korpüsküler dalga

Maddenin bu davranışını nasıl açıklayabiliriz? Taneciklerin (parçacıkların) doğasında bulunan dalgaya, bu soruna bir çözüm öneren genç aristokrat bilim adamının adını taşıyan de Broglie dalgası denir. De Broglie denklemlerinin, karesi alındığında yalnızca bir parçacığın farklı zamanlarda uzayın farklı noktalarında bulunma olasılığını belirleyen bir dalga fonksiyonunu tanımladığı genel olarak kabul edilir. Basitçe söylemek gerekirse, de Broglie dalgası bir olasılıktır. Böylece matematiksel kavram (olasılık) ile gerçek süreç arasında eşitlik sağlandı.

Kuantum alanı

Maddenin tanecikleri nelerdir? Genel olarak bunlar dalga alanlarının kuantumlarıdır. Bir foton, bir elektromanyetik alanın kuantumudur, bir pozitron ve bir elektron, bir elektron-pozitron alanıdır, bir mezon, bir mezon alanının kuantumudur vb. Dalga alanları arasındaki etkileşim, aralarında belirli ara parçacıkların değişimiyle açıklanır, örneğin elektromanyetik etkileşim sırasında foton alışverişi olur. Bundan doğrudan de Broglie tarafından açıklanan dalga süreçlerinin kesinlikle gerçek fiziksel olaylar olduğunun başka bir doğrulaması gelir. Ve parçacık-dalga düalizmi, parçacıkların "reenkarne olma" yeteneğini karakterize eden "gizemli bir gizli özellik" olarak hareket etmez. Birbiriyle ilişkili iki eylemi açıkça göstermektedir - bir nesnenin hareketi ve onunla ilişkili dalga süreci.

Tünel etkisi

Işığın dalga-parçacık ikiliği diğer birçok ilginç olayla ilişkilidir. De Broglie dalgasının hareket yönü, tünel etkisi adı verilen olay sırasında, yani fotonlar enerji bariyerini aştığında ortaya çıkar. Bu olaya parçacık momentumunun dalga antinodu anında ortalama değeri aşması neden olur. Tünel açma birçok elektronik cihazın geliştirilmesini mümkün kılmıştır.

Işık kuantumunun girişimi

Modern bilim, fotonların girişiminden, elektronların girişimiyle aynı gizemli şekilde bahsediyor. Bölünemez bir parçacık olan fotonun, aynı anda kendisine açık olan herhangi bir yoldan geçebildiği ve kendisine müdahale edebildiği ortaya çıktı. Maddenin ve fotonun özelliklerinin dalga-parçacık ikiliğinin birçok yapısal unsuru kapsayan bir dalga olduğunu hesaba katarsak, bölünebilirliği göz ardı edilmez. Bu, parçacığın temel bölünmez bir oluşum olduğu yönündeki önceki görüşlerle çelişiyor. Belirli bir hareket kütlesine sahip olan foton, bu hareketle ilişkili, parçacığın kendisinden önce gelen uzunlamasına bir dalga oluşturur, çünkü uzunlamasına dalganın hızı enine elektromanyetik dalganın hızından daha yüksektir. Bu nedenle, bir fotonun kendi kendine girişiminin iki açıklaması vardır: parçacık, birbirine girişim yapan iki bileşene bölünmüştür; Foton dalgası iki yol boyunca ilerler ve bir girişim deseni oluşturur. Tek yüklü parçacıklar-fotonlar sırayla interferometreden geçirildiğinde de bir girişim modelinin yaratıldığı deneysel olarak keşfedildi. Bu, her bir fotonun kendine müdahale ettiği tezini doğruluyor. Bu, özellikle ışığın (ne tutarlı ne de tek renkli) birbirine bağlı ve rastgele süreçlerde atomlar tarafından yayılan bir foton koleksiyonu olduğu gerçeği dikkate alındığında açıkça görülmektedir.

Işık nedir?

Işık dalgası, uzay boyunca dağılan, lokalize olmayan bir elektromanyetik alandır. Bir dalganın elektromanyetik alanı, genliğin karesiyle orantılı hacimsel bir enerji yoğunluğuna sahiptir. Bu, enerji yoğunluğunun herhangi bir miktarda değişebileceği, yani sürekli olduğu anlamına gelir. Bir yandan ışık, parçacık-dalga ikiliği gibi bir olgunun evrenselliği sayesinde bir elektromanyetik dalganın özelliklerini temsil eden bir kuantum ve foton (parçacık) akışıdır. Örneğin girişim, kırınım ve ölçek olaylarında ışık, açıkça bir dalganın özelliklerini gösterir. Örneğin yukarıda anlatıldığı gibi çift yarıktan geçen tek bir foton girişim deseni oluşturur. Deneylerin yardımıyla tek bir fotonun elektromanyetik darbe olmadığı kanıtlandı. Fransız fizikçiler Aspe, Roger ve Grangier'in gösterdiği gibi ışın ayırıcılarla ışınlara bölünemez.

Işık aynı zamanda Compton etkisi ve fotoelektrik etkide kendini gösteren taneciksel özelliklere de sahiptir. Bir foton, boyutları dalga boyundan çok daha küçük olan nesneler (örneğin atom çekirdeği) tarafından tamamen emilen bir parçacık gibi davranabilir. Bazı durumlarda fotonlar genellikle nokta nesneler olarak kabul edilebilir. Işığın özelliklerini hangi konumda ele aldığımızın hiçbir önemi yoktur. Renkli görme alanında, bir ışık akışı hem dalga hem de enerji kuantumu olarak parçacık-foton gibi davranabilir. Koni zarı gibi retinal bir fotoreseptöre odaklanan bir nokta, gözün ana spektral ışık ışınları olarak kendi filtrelenmiş değerini oluşturmasına ve bunları dalga boylarına ayırmasına izin verebilir. Kuantum enerji değerlerine göre beyinde nesne noktası bir renk hissine (odaklanmış optik görüntü) dönüştürülecektir.

Işığın dalga-parçacık ikiliği, ışığın aynı anda sürekli elektromanyetik dalga özelliklerine ve ayrık foton özelliklerine sahip olduğu anlamına gelir. Bu temel sonuç 20. yüzyılda fizikçiler tarafından yapılmış ve ışıkla ilgili daha önceki fikirlerden yola çıkılarak çıkarılmıştır. Newton, ışığın parçacıklardan oluşan bir akış, yani düz bir çizgide uçan madde parçacıklarının akışı olduğuna inanıyordu. Bu teori ışığın doğrusal yayılımını iyi açıkladı. Ancak yansıma ve kırılma yasalarını açıklamada zorluklar ortaya çıktı ve kırınım ve girişim olguları parçacık teorisiyle hiçbir şekilde açıklanamadı. Bu nedenle ışığın dalga teorisi ortaya çıktı. Bu teori kırınım ve girişimi açıklıyordu ancak düz ışığı açıklamakta zorluk çekiyordu. Ancak 19. yüzyılda J. Fresnel, diğer fizikçilerin keşiflerini kullanarak, halihazırda türetilmiş ilkeleri, ışığın enine bir mekanik dalga olduğu tek bir teoride birleştirmeyi başardı. Daha sonra Maxwell ışığın bir tür elektromanyetik radyasyon olduğunu keşfetti. Ancak 20. yüzyılın başında Einstein'ın keşifleri sayesinde ışıkla ilgili fikirler yeniden değişti. Işık, bir foton akışı olarak anlaşılmaya başlandı. Ancak ışığın bazı özellikleri dalga teorisi tarafından mükemmel bir şekilde açıklandı. Işığın hem parçacık hem de dalga özelliği vardır. Bu durumda, aşağıdaki düzenlilikler mevcuttur: Dalga boyu ne kadar kısa olursa, taneciksel özellikler o kadar parlak görünür; dalga boyu ne kadar uzunsa, dalga özellikleri o kadar parlak görünür.

De Broglie'ye göre, her mikro nesne bir yandan parçacık özellikleriyle (enerji E ve momentum p), diğer yandan dalga özellikleriyle (frekans ve dalga boyu) ilişkilidir.

1924'te Fransız fizikçi L. de Broglie cesur bir hipotez öne sürdü: Dalga-parçacık ikiliği evrensel bir karaktere sahiptir; Sonlu bir P momentumuna sahip tüm parçacıklar dalga özelliklerine sahiptir. M'nin parçacığın kütlesi, V'nin hızı ve h'nin Planck sabiti olduğu ünlü de Broglie formülü fizikte böyle ortaya çıktı.

Bu yüzden, Bir mikro nesnenin parçacık ve dalga özellikleri, eşzamanlı tezahürleri açısından uyumsuzdur, ancak bunlar nesneyi eşit derecede karakterize eder; birbirini tamamlayan. Bu fikir N. Bohr tarafından ifade edildi ve şu anda sadece fizik bilimlerini değil aynı zamanda tüm doğa bilimlerini kapsayan modern bilimin en önemli metodolojik ilkesinin temelini oluşturdu: tamamlayıcılık ilkesi (1927). Öz N. Bohr'a göre tamamlayıcılık ilkesi şu şekildedir: Olaylar klasik fiziksel açıklamanın ne kadar ötesine geçerse geçsin, tüm deneysel veriler klasik kavramlar kullanılarak tanımlanmalıdır. Kuantum mekaniği olayını tam olarak tanımlamak için, birleşimi bu olaylar hakkında bir bütün olarak en eksiksiz bilgiyi sağlayan, birbirini dışlayan iki (ek) klasik kavram kümesinin kullanılması gerekir.

Genel bir bilgi ilkesi olarak tamamlayıcılık ilkesi şu şekilde formüle edilebilir: Her gerçek doğal fenomen, dilimizin sözcüklerini kullanarak açık bir şekilde tanımlanamaz ve tanımlanması için birbirini dışlayan en az iki ek kavram gerektirir. Bu tür fenomenler, örneğin kuantum fenomenlerini, yaşamı, ruhu vb. içerir. Bohr, özellikle, bunları sağlayan canlı organizmaların son derece karmaşık yapısı ve işlevlerinden kaynaklanan tamamlayıcılık ilkesinin biyolojide uygulanması ihtiyacını gördü. neredeyse tükenmez gizli yeteneklere sahip.

Dalga-parçacık ikiliği– herhangi bir mikropartikülün, bir partikül (parçacık) ve bir dalganın işaretlerini tespit etme özelliği. Dalga-parçacık ikiliği en açık biçimde temel parçacıklarda kendini gösterir. Bir elektron, bir nötron, bir foton, bazı koşullar altında, uzayda iyi lokalize edilmiş maddi nesneler (parçacıklar) gibi davranır, belirli enerjiler ve dürtülerle klasik yörüngeler boyunca hareket eder ve diğerlerinde, yeteneklerinde kendini gösteren dalgalar gibi davranır. girişim ve kırınım. Böylece, serbest elektronlara saçılan bir elektromanyetik dalga, elektromanyetik alanın kuantumu olan fotonlar gibi bireysel parçacıklardan oluşan bir akış gibi davranır (Compton etkisi) ve fotonun momentumu p = h/λ formülüyle verilir, burada λ elektromanyetik dalganın uzunluğu ve h Planck sabitidir. Bu formül başlı başına düalizmin kanıtıdır. İçinde, solda tek bir parçacığın (fotonun) momentumu, sağda ise fotonun dalga boyu vardır. Parçacık olarak düşünmeye alışkın olduğumuz elektronların dualitesi, tek bir kristalin yüzeyinden yansıdığında elektronların dalga özelliklerinin bir tezahürü olan bir kırınım modelinin gözlemlenmesiyle ortaya çıkar. Bir elektronun parçacık ve dalga özellikleri arasındaki niceliksel ilişki, bir fotonla aynıdır: р = h/λ (р, elektronun momentumudur ve λ, onun de Broglie dalga boyudur). Dalga-parçacık ikiliği kuantum fiziğinin temelidir.

Dalga (kürk), her zaman uzayda belirli bir hacmi kaplayan maddi ortamla ilişkili bir süreçtir.

64. De Broglie el sallıyor. Mikropartiküllerin elektron kırınımı dalga özellikleri.

Mikropartiküllerin hareketinin dalga doğası hakkındaki hipotezde alınan maddenin parçacık dalga özellikleri hakkında fikirlerin geliştirilmesi. Louis de Broglie, madde ve ışık parçacıklarının doğadaki simetrisi fikrinden hareketle, herhangi bir mikropartiküle belirli bir iç periyodik süreç atfetmiştir (1924). E = hν ve E = mc 2 formüllerini birleştirerek her parçacığın kendine ait olduğunu gösteren bir ilişki elde etti. dalga boyu : λ B = h/mv = h/p, burada p dalga parçacığının momentumudur. Örneğin, enerjisi 10 eV olan bir elektron için de Broglie dalga boyu 0,388 nm'dir. Daha sonra kuantum mekaniğinde bir mikroparçacığın durumunun belirli bir kompleksle tanımlanabileceği gösterildi. dalga fonksiyonu koordinatları Ψ(q) ve bu fonksiyonun kare modülü |Ψ| 2 Koordinat değerlerinin olasılık dağılımını tanımlar. Bu fonksiyon kuantum mekaniğine ilk kez 1926'da Schrödinger tarafından dahil edilmiştir. Dolayısıyla de Broglie dalgası enerji taşımaz, yalnızca uzaydaki bazı olasılıksal periyodik süreçlerin "faz dağılımını" yansıtır. Sonuç olarak, mikro dünya nesnelerinin durumunun açıklaması olasılıksal doğa klasik mekaniğin yasalarıyla tanımlanan makro dünyanın nesnelerinin aksine.

De Broglie'nin mikropartiküllerin dalga doğası hakkındaki fikrini kanıtlamak için Alman fizikçi Elsasser, elektron kırınımını gözlemlemek için kristallerin kullanılmasını önerdi (1925). ABD'de K. Davisson ve L. Germer, bir elektron ışınının bir nikel kristali plakasından geçtiğinde kırınım olgusunu keşfettiler (1927). Bunlardan bağımsız olarak, metal folyodan geçen elektronların kırınımı, İngiltere'de J.P. Thomson ve P.S. SSCB'de Tartakovski. Böylece de Broglie'nin maddenin dalga özelliklerine ilişkin fikri deneysel olarak doğrulandı. Daha sonra atomik ve moleküler ışınlarda kırınım ve dolayısıyla dalga özellikleri keşfedildi. Sadece fotonlar ve elektronlar değil, tüm mikropartiküller de parçacık-dalga özelliğine sahiptir.

Mikropartiküllerin dalga özelliklerinin keşfi, klasik fizik açısından niteliksel olarak farklı kabul edilen alan (sürekli) ve madde (ayrık) gibi madde formlarının belirli koşullar altında her iki formun doğasında bulunan özellikleri sergileyebileceğini gösterdi. Bu, bu madde biçimlerinin birliğinden söz eder. Özelliklerinin tam bir açıklaması yalnızca karşıt ancak tamamlayıcı fikirler temelinde mümkündür.

Bu makalede, Planck sabitinin fiziksel özüne dayanarak, L. De Broglie'nin dalga-parçacık ikiliğinin evrensel doğasına ilişkin hipotezinin doğru olmadığı ve ne teorik ne de deneysel olarak doğrulanmasının mümkün olmadığı gösterilmektedir.

“...zorluklar ve sorunlarKuantum fenomenleriyle bağlantılı olarak ortaya çıkan, tamamen fiziksel olan ve epistemolojik veya mistik uydurmaların yardımıyla herhangi bir sapma olmaksızın bilimsel fikirlerin derinleştirilmesiyle çözülmesi gerekir.

Kuantum fiziğinin mitolojisi. L. Regelson.

Giriiş. Modern fikirlere göre: Parçacık-dalga düalizmi, doğanın en önemli evrensel özelliğidir; bu, tüm mikro nesnelerin aynı anda hem parçacık hem de dalga özelliklerine sahip olması gerçeğinden oluşur. Böylece, örneğin bir elektron, bir nötron, bir foton, bazı durumlarda klasik yörüngeler boyunca hareket eden ve belirli bir enerjiye ve momentuma sahip parçacıklar olarak görünürken, diğerlerinde fenomenlerin karakteristiği olan dalga doğasını açığa çıkarırlar. parazit yapmak Ve kırınım parçacıklar. Temel prensip olarak dalga-parçacık ikiliği kuantum mekaniğinin ve kuantum alan teorisinin temelini oluşturur.

Modern bilimsel anlayışta, kuantum fiziğinin temel özelliklerinden birinin, içinde dalga-parçacık ikiliğinin varlığı olduğu görüşü kesin olarak yerleşmiştir. Örneğin:

"Dalga-parçacık ikiliği kavramı, modern kuantum teorisinin temel kavramlarından biridir."

"Maddenin yapısına ilişkin modern anlayışın geliştirilmesinde önemli bir aşama, ileri sürülen de Broglie 1924'te dalga-parçacık ikiliğinin evrenselliğine ilişkin hipotez ortaya atıldı."

"Daha önce olup bitenlerden, mikroskobik nesnelerin kendilerini görünürde birbiriyle bağdaşmayan iki açıdan açığa vurma gibi son derece genel bir özelliğe sahip olduğu sonucuna vardık: bir yanda dalgaların üst üste binmesi olarak, diğer yanda bir parçacık olarak, yani lokalize bir parçacık olarak. Enerjinin ve momentumun bir kısmı.”

“Hem radyasyon hem de dinlenme kütlesi sıfıra eşit olmayan parçacıklar biçiminde olan maddenin özelliklerinin dalga-parçacık ikiliği, mikro dünyayı karakterize eden çeşitli temel yasaların altında yatan maddenin en önemli özelliğidir. .”

Yirminci yüzyılın başında, maddenin temel parçacıklarının, özellikle de elektronların yalnızca tanecikli değil aynı zamanda parçacıklara sahip olduğu görünümünü yaratan bir dizi önemli keşif yapıldı (fotoelektrik etki, Compton etkisi, elektron kırınımı vb.). dalga özellikleri. Bu şekilde, madde ve alan arasında aşılmaz bir sınırın olmadığı deneysel olarak kanıtlanmıştır: belirli koşullar altında, maddenin temel parçacıkları dalga özellikleri sergiler ve alan parçacıkları parçacık özellikleri sergiler. Buna dalga-parçacık ikiliği deniyordu ve sıradan sağduyunun çerçevesine uymayan bir kavramdı.

“Uzaysal olarak genişlemiş bir alan ile uzaysal olarak lokalize bir parçacık kavramları arasındaki çelişkinin o kadar derin olduğu ortaya çıktı ki, genel olarak fiziksel bir nesneyi uzay ve zamandaki gerçeklikten bağımsız olarak tanımlamanın klasik yolunu terk eden bütün bir felsefi okul ortaya çıktı. Gözlem için kullanılan aletler. Bu durumdan gerçekçi bir çıkış yolu arayışında iki ana yol ortaya çıktı: De Broglie ve Bohm, teorinin temel kavramları arasında lokalize parçacık (cisim) kavramının korunmasını gerekli görürken, Planck ve özellikle Schrödinger, yerel parçacık (cisim) kavramının korunmasını gerekli gördü. monistik dalga resmi.

İlk yolun teorik öncüllerin yapaylığıyla ilişkili olduğu ve büyük matematiksel zorluklara yol açtığı ortaya çıktı. İkinci yol daha yapıcı görünmektedir, çünkü kuantum fiziğinin başarılı bir şekilde çalışan matematiksel aygıtı dalga resmine tam olarak karşılık gelir: parçacıksal yön yalnızca yorumlama sürecinde ortaya çıkar. Ancak hemen şu soru ortaya çıkıyor: Gerçekçi bir dalga resmi en basit deneysel gerçeklerle bağdaştırılabilir mi? Bu çalışmada, böyle bir anlaşmanın ancak tekli etkileşimlerde enerjinin ve yükün korunumu yasalarının deneysel olarak gözlemlenen ihlalini varsayarsak mümkün olabileceği sonucuna vardık."

Kuantum mekaniği, dalga-parçacık ikiliğini yorumlamada, bu karşıt özellikler arasındaki bağlantının mekanizmasını deşifre etmede, bugüne kadar tam anlamıyla aşılamayan büyük zorluklarla karşılaştı. Mekanik olarak bakıldığında zıt olan parçacık ve dalga özellikleri birbirinden ayrılarak çeşitli nesnelerin özellikleri haline geldi. Sonuçta bu, bu kavramın artık büyük ölçüde yanlış olduğu gerekçesiyle reddedildiğinin anlaşılmasına yol açtı.

Bununla birlikte, tüm modern eğitimsel, metodolojik ve akademik literatür, bu kavramın saçmalığını ve tutarsızlığını göz ardı ederek, mikro dünya fiziğinin çeşitli fenomenlerini açıklamak için dalga-parçacık ikiliğini önemli ve anlamlı bir kavram olarak kullanır. Geleneksel fizik çerçevesinde bu kavramın yetersizliğine dair önemli kanıtlar sunmanın imkansızlığına başvurularak, kuantum mekaniğinin ve kuantum alan teorisinin fiziksel temellerini oluşturmaya hizmet eden bu mantıksal çelişkinin çözümü, reddedilerek önerildi. parçacıklar ve dalgalar hakkında görsel (klasik) fikirler. Dalga olaylarını parçacık kavramları temelinde açıklamak için, durumların üst üste binmesi ilkesine uyan durum vektörleri kullanılarak mikro parçacıkların (ve mikro parçacık sistemlerinin) bir açıklaması tanıtıldı ve bunların istatistiksel (olasılıksal) yorumları benimsendi, bu da mümkün kıldı. Parçacıklı kavramlarla (bir parçacığın aynı anda birkaç farklı durumda bulunması) biçimsel bir mantıksal çelişkiden kaçının. Öte yandan, klasik (dalga) alanları sonsuz sayıda serbestlik derecesine sahip mekanik bir sistem olarak ele alan ve bu serbestlik derecelerinin belirli kuantizasyon koşullarına uymasını gerektiren kuantum alan teorisi, klasikten kuantum alanlara doğru hareket eder. Bu yaklaşımda parçacıklar sistemin (alan) uyarılmış durumları olarak hareket eder. Bu durumda parçacıkların etkileşimi, alanlarının etkileşimine karşılık gelir.

Bu sorunu çözmeye yönelik başka girişimler de var, özellikle diyalektik yaklaşım, bir mikro nesnenin aynı anda doğasında bulunan, ancak farklı deneysel koşullara bağlı olarak kendilerini farklı şekilde ortaya koyan parçacık-dalga özelliklerinin nesnelliğini vurgular; Mikro nesnelerin bu karşıt özelliklerinin birliği ve birbirine bağlılığı konusundaki bilgisine dikkat çekilmektedir. Parçacık-dalga dualizminin Langevin, V. A. Fock, S. Vavilov ve diğer bilim adamları tarafından geliştirilen bu yorumu, bir mikroparçacığı bir parçacık veya dalga değil, üçüncü bir şey, bunların bir sentezi olarak kabul eder ve henüz görsel fiziksel temsili yoktur. . Bu birliğin matematiksel formülasyonu dalga fonksiyonu kavramında verilmiştir.

Parçacık-dalga dualizmi probleminin, bunun için uygun olmayan koşullardan değil, fotonun parçacık-dalga ikiliği fikrini tüm nesnelere genelleştirmeye çalışan yaratıcılarının kafasında olduğu açıktır. mikro dünyaya ve her şeyden önce elektronlara.

Yukarıdakilere dayanarak, bu sorunun şu andaki durumunu yorumlama görevi, bir bütün olarak fiziğin gelişim yolunu belirlediği gerçeği göz önüne alındığında, alakalı hale gelir: ya efsane yaratmanın refah yolu ya da Eterodinamik gibi modern kavramların geliştirilmesi, parçacık dalga düalizmi de dahil olmak üzere geleneksel fiziğin sorunlarının ortadan kaldırılması.

Parçacık-dalga düalizminin gerekçesi ve analizi. 1900 yılında M. Planck, termal radyasyon dengesi yasasını açıklamak için, radyasyon enerjisinin enerji olarak adlandırdığı belirli bir ε değerinin katı olduğuna inanarak radyasyonun ayrık doğası hipotezini kabul etmek gerektiğini gösterdi. kuantum: ε = hν, burada ν dalga frekansıdır, a h — Planck sabiti. Daha sonra, daha uygun değerin ħ = h/2π ≈ 1,05·10 -27 erg s olduğu ortaya çıktı, o zaman ε = ħω, burada ω = 2πν dalganın dairesel frekansıdır. Radyasyonun ayrık doğası varsayımı, bir ışık dalgasının enerjisinin elektromanyetik salınımların genliğinin karesiyle orantılı herhangi bir (sürekli) değeri alabileceğine göre ışığın dalga teorisiyle çeliştiğinden, Planck ilk önce şunu ilişkilendirdi: radyasyon enerjisinin yayıcıların (atomların) özellikleriyle ayrıklığı. Bununla birlikte, 1905 yılında, A. Einstein, deneysel olarak oluşturulan Wien radyasyon yasasına (Planck'ın yüksek frekanslarda geçerli olan radyasyon yasasının sınırlayıcı bir durumudur: ħω >> kT, burada T mutlak sıcaklıktır) dayanarak şunu gösterdi: yasanın geçerlilik bölgesindeki radyasyonun entropisi Suçluluk, ε = ħω enerjili parçacıklardan oluşan bir gazın entropisine denk gelir. Işık parçacıkları fikri bu şekilde ortaya çıktı - fotonlar, ε = ħω kuantum enerjisi taşıyor ve ışık hızında hareket ediyor. Daha sonra, göreli kinematiğe dayalı olarak, fotonlara momentum p = (ħω/c) n = ħk atandı; burada n, foton hareketinin yönü boyunca birim vektördür, k = (ω/c) n = (2π/λ) n dalga vektörüdür Foton kavramı, fotoelektrik etkinin yasalarını ve Bremsstrahlung X-ışını radyasyonunun spektrumunu açıklamak için başarıyla kullanıldı.

1913'te N. Bohr, hidrojen atomundaki durağan durumları belirlemek için Planck sabitini kullandı. Aynı zamanda deneysel olarak gözlemlenen spektral desenleri açıklamayı başardı ve elektronun yükünü, kütlesini, Planck sabitini, atom yarıçapını ve Rydberg sabitini ifade ederek deneysel verilerle iyi bir uyum içinde olduğunu ortaya çıkardı. Atomlardaki elektronların durağan durumlarını bulma yöntemi, sabit yörüngeler için klasik etkinin 2ph'nin tam katı olduğunu gösteren A. Sommerfeld tarafından geliştirildi. Kuantum kavramlarını cezbeden Bohr teorisinin ve Planck'ın atom olaylarını açıklamaya yönelik sabitinin (daha önce yalnızca elektromanyetik radyasyonun parçacık ve dalga özelliklerini birbirine bağlıyormuş gibi görünen) başarısı, elektronlar için parçacık-dalga ikiliğinin varlığını ortaya koydu. Bu bağlamda L. de Broglie, 1924'te dalga-parçacık ikiliğinin evrensel doğası hakkında bir hipotez ortaya attı. De Broglie'nin hipotezine göre, enerjisi ε ve momentumu p olan herhangi bir hareketli parçacık, ω = ε/ħ ve dalga vektörü k = p/ħ olan bir dalgaya karşılık gelir; tıpkı enerjisi ε = ħω ve momentumu p = ħk olan parçacıkların ilişkili olduğu gibi herhangi bir dalga.

De Broglie'nin hipotezinin ilk deneysel onayı 1927'de Amerikalı fizikçiler K. Davison ve L. Germer tarafından elde edildi. Nikel kristali tarafından saçılan bir elektron ışınının, kısa dalga X ışınlarının kristal tarafından saçılmasıyla üretilene benzer farklı bir kırınım modeli ürettiğini keşfettiler. Bu deneylerde kristal, doğal bir kırınım ızgarası rolünü oynadı. Kırınım maksimumunun konumundan elektron ışınının dalga boyu belirlendi ve bunun de Broglie formülü kullanılarak hesaplananla tamamen uyumlu olduğu ortaya çıktı.

Ertesi yıl, 1928'de İngiliz fizikçi G. Thomson (elektronu 30 yıl önce keşfeden J. Thomson'un oğlu), de Broglie'nin hipotezinin yeni bir onayını aldı. G. Thomson, deneylerinde, bir elektron ışınının ince çok kristalli bir altın folyodan geçtiğinde ortaya çıkan kırınım modelini gözlemledi. Sonraki yıllarda, G. Thomson'ın deneyi, elektron akışının cihazdan aynı anda yalnızca bir parçacığın geçebileceği kadar zayıf olduğu koşullar da dahil olmak üzere, aynı sonuçla birçok kez tekrarlandı (V.A. Fabrikant, 1948). Böylece, dalga özelliklerinin yalnızca geniş bir elektron koleksiyonunda değil, aynı zamanda her elektronda ayrı ayrı var olduğu deneysel olarak kanıtlanmıştır.

Daha sonra nötronlar, protonlar, atomik ve moleküler ışınlar için kırınım olgusu da keşfedildi. Mikropartiküllerin dalga özelliklerinin varlığının deneysel kanıtı, bunun evrensel bir doğal fenomen, maddenin genel bir özelliği olduğu sonucuna varmıştır.

Yukarıdakilerden, dalga-parçacık düalizminin saçmalığının ve tutarsızlığının öncelikle yukarıdaki gerekçede aranması gerektiği açıktır. Ancak bu sorunun tarihsel kökenlerini dikkate almazsak böyle bir çözüm tam olmayacaktır.

19. yüzyılın sonlarında keşifler. - X-ışınları (1895), doğal radyoaktivite (Becquerel, 1896), elektron (J. Thomson, 1897), radyum (Pierre ve Marie Curie, 1898), radyasyonun kuantum doğası (Planck, 1900) bir devrimin başlangıcıydı. bilimde devrim. Kimyasal elementlerin değişmezliği, yapısız atom, hareketin maddi kütlelerden bağımsızlığı ve radyasyonun sürekliliği ile ilgili daha önce hakim olan fikirler yıkıldı.

Ancak yüz yılı aşkın bir süre sonra, modern fiziğin faaliyetleri sonucunda, 19. yüzyılın sonlarındaki devrim niteliğindeki keşiflerin gerçekleştiği ortaya çıktı. Teorik olarak çözülmeden kalan, özellikle X-ışınlarının oluşumuyla ilgili konular Bremsstrahlung Elektron Teorisi (serbest elektron efsanesinin bir versiyonu) temelinde ele alınmakta, radyoaktivite teorisi hatalar ve çelişkilerle doludur. Radyasyonun kuantum doğası, Planck sabitlerinin (h) ve ince yapının (α) anlaşılmasına yol açtı ve elektronun keşfiyle ilgili çalışma, tüm teorik fiziği alt üst etti. Çalışmalarda gösterildiği gibi, elektronun keşfi sadece mitolojikleştirilmedi, aynı zamanda bir takım büyük hataları da beraberinde getirdi: elektrik yükünün niceliği ve ayrıklığı hakkında; temel bir elektrik yükünün varlığı hakkında; elektrik yükünün fiziksel taşıyıcısının bile belirlenmediği Millikan deneyinin manipüle edilmiş sonuçlarına temel verilmesi; temel olana eşit negatif elektrik yükünün bir elektronuna kanıtlanmamış ve anlamsız atama hakkında. Buna modern fiziğin, nadir istisnalar dışında, temel temel parçacıkların (proton, elektron, foton) yapıları, bunların oluşma mekanizmaları, işlevsel amaçları, parametreleri ve özellikleri hakkında hiçbir fikrinin olmadığını eklersek, o zaman dalga kavramı ortaya çıkar. Parçacık ikiliği ve bunun gerekçesi, kuantum mekaniğinin tarihinde doğan bir başka efsane haline geldi.

Çalışmada görüldüğü gibi, fotonun parçacık-dalga ikiliği, fotonun sarmal bir yörünge boyunca uzaydaki hareketinin spesifik doğasının çok başarılı bir yansıması değildir ve Planck sabiti, fotonun kendi parçacıkları ile parçacık dalgaları arasındaki ilişkiyi kuran bir orantı katsayısıdır. Jiroskopik moment ve fotonun tüm varoluş bölgesi boyunca yarı sabit karaktere sahip olan dairesel dönme frekanslarının (kendisi ve doğrusal hareket ekseni etrafında) oranı:

M = h ω λ / ω γλ , (1)

burada M = m λ r γλ 2 ω γλ kendi jiroskopik momentidir, r γλ cismin yarıçapıdır, ω γλ kendi ekseni etrafındaki dairesel dönme frekansıdır, ω λ = ν cismin etrafındaki dairesel dönme frekansıdır. doğrusal hareket ekseni, m λ fotonun kütlesidir.

Modern kavramlara göre Planck sabiti, 17-21 Ekim 2011 tarihlerinde XXIV. Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı'nda (GCPM) oybirliğiyle kabul edilen bir kararın kabul edildiği kuantum teorisinin ana sabitidir. Uluslararası Birimler Sistemi'nin (SI) gelecekteki revizyonunda SI birimlerini Planck sabiti tam olarak 6,62606X 10 −34 J s olacak şekilde yeniden tanımlaması önerildi; burada X, en iyiye göre belirlenecek bir veya daha fazla anlamlı rakamı temsil eder. CODATA önerileri.

Çalışma, h = 6,62606X 10 −34 J s değerinin, dalga boyu λ ≈ 225 nm olan bir X-ışını radyasyonu fotonunun Planck sabitinin iki katına karşılık geldiğini göstermektedir; bu da kuantumun yeterliliği sorusunu gündeme getirmektedir. teori.

Planck sabiti fotonun ve yalnızca fotonun bir parametresidir. Bu ifade Planck sabitinin (1) fiziksel özünün bir sonucudur: bilinen tüm temel parçacıklar arasında yalnızca foton uzayda sarmal bir yörünge boyunca hareket eder, yani iki dairesel hareketi vardır - kendi ekseni etrafında ve doğrusal eksen etrafında hareket. Bu nedenle Bohr ve Sommerfeld tarafından Planck sabitinin hidrojen atomundaki elektronların durağan durumlarını belirlemek için kullanılması, özüyle tutarsızlık nedeniyle yanlış kabul edilmelidir. Bilindiği gibi Bohr'un teorisi daha sonra kuantum fiziğinin mitolojisine havale edildi. Yukarıdakilerle bağlantılı olarak L. De Broglie'nin dalga-parçacık ikiliğinin evrensel doğası hakkındaki hipotezi gerçeğe uymuyor. Ve atomdaki elektronun bağımsız hareketi olmadığını ve elektrik yükünün pozitif olduğunu ve protonun elektrik yükünden daha az olduğunu hesaba katarsak, L. De Broglie'nin hipotezi kuantum fiziği mitolojisine de atfedilebilir. . Bu argümanlar diğer mikropartiküller için de tekrarlanabilir: nötronlar, protonlar, atomik ve moleküler ışınlar.

Parçacık-dalga düalizminin deneysel olarak doğrulanmasına gelince, bu kısımda yorumun yanlışlığı şudur.

Deneysel fizikçiler, K. Davisson ve L. Germer'in deneylerinden başlayarak tüm deneylerde, hiç kimse tarafından kanıtlanmayan veya kanıtlanmayan, ancak bilime olan inançla kabul edilen bir deney düzeneği ile bir elektron ışınının üretilmesi koşulundan yola çıktılar. Elektronun keşfi efsanesinden kaynaklanan teorik fizikteki hataların anlaşılmaması.

Yirminci yüzyılın başında fizikte yapılan ciddi bir hata. , atom elektriği ve maddenin atomları hakkındaki fikirleri tanımlamaya başladı. Bu tanımlamanın sonuçlarından biri, bir metal atomundaki değerlik elektronlarının davranışının basit bir kuantum modeli olan Sommerfeld modeli veya Drude-Sommerfeld modeli olarak da bilinen serbest elektron modelinin fizikte günlük yaşamda ortaya çıkmasıydı. Sommerfeld tarafından kuantum mekaniği Fermi istatistikleri - Dirac dikkate alınarak klasik Drude modeli temel alınarak yapılmıştır. Bu modelde metalin elektronları Fermi gazı olarak kabul edilir.

Sommerfeld modeli ile Drude modeli arasındaki fark, metalin tüm değerlik elektronlarının kinetik süreçlere katılmaması, yalnızca Fermi enerjisinin kT dahilinde bir enerjiye sahip olanların katılmasıdır; burada k Boltzmann sabitidir, T ise sıcaklıktır. Basitliğine rağmen model, termiyonik emisyon ve alan emisyonu (yani bir elektron tabancasının çalışması) dahil olmak üzere birçok farklı olguyu açıklamaktadır.

Sommerfeld modeli, Fermi-Dirac dağılımını kullanan, serbest ve bağımsız Fermi elektronlarından oluşan bir gazın kuantum modelidir, yani matematiksel tanımında Planck sabitinin yaygın olarak kullanıldığı bir modeldir. Yukarıda tartışılan Planck sabitinin fiziksel özünden, Sommerfeld modelinde doğrudan kullanımının (bir elektron parametresi olarak) yanlış olduğu ve serbest ve bağımsız elektronlardan oluşan bir gaz modeline karşılık gelmediği sonucu çıkmaktadır.

Drude modeli metallerdeki elektronların hareketinin klasik bir tanımıdır. Metallerdeki serbest elektronların (“kendi” atomlarıyla temasını kaybetmiş elektronların) ideal gaz yasalarına uyduğuna inanılmaktadır. Bu teori, 1900 yılında, yani elektron kavramının, tanımlanamayan bir fiziksel varlık olan elektrik yükü taşıyan parçacıklar kavramına karşılık geldiği bir zamanda, Alman fizikçi Paul Drude tarafından önerildi.

Bu nedenle, yarı sabit karaktere sahip bir foton parametresi olan Planck sabitinin (yani Planck sabiti foton dalga boyunun bir fonksiyonudur) kuantum mekaniği modellerinde yanlış kullanımı, bunların yalnızca dalga-tekerleğini doğrulamak için uygulanabilirliği sorusunu gündeme getirmez. parçacık ikiliği değil, aynı zamanda genel olarak diğer fiziksel olayların analizi için de kullanılır.

Elektron tabancalarının elektron akışı üretmemesi, elektrik yükünün fiziksel özüne ilişkin fikirler kullanılarak da haklı gösterilebilir. Matematiksel hesaplamaları atlayarak, örneğin bir maddenin bazı atomları için proton-elektron çiftlerinin bağlanma enerjisinin aşağıdaki değerlere sahip olacağı gösterilebilir: sezyum— (atom yarıçapı 2,98 10 -10 m) 3,465 10 4 eV, çinko(1,42 10 -10 m) 7,27 10 4 eV , helyum(0,32 10 -10 m) 3,227 10 5 eV. Bu örnekler, elektronun atomun dışında olduğu proton-elektron çiftleri için veri sağlar, yani bu proton-elektron atom çiftleri için bağlanma enerjisi minimumdur. Sezyum atomu en büyüğüdür (boyut açısından), helyum atomu D. Mendeleev'in periyodik kimyasal element tablosundan bilinenlerin en küçüğüdür.

Seminerlerde şunu okuyoruz: Pirinç. 3.3. Thomson'un deneyi. ...c) 600 eV enerjiye sahip elektronların saçılmasıyla elde edilen kırınım modeli" Yukarıdaki proton-elektron çiftlerinin bağlanma enerjilerinden de görülebileceği gibi bu bağın kopması durumunda en düşük elektron enerjisi 34,65 KeV (>>0) olacaktır. 6 KeV), eğer sezyum bir elektron tabancasında aktif madde olarak kullanılmışsa. Dolayısıyla Thomson, belirtilen enerjiyle oluşmalarının imkansızlığı nedeniyle elektronların kırınımını hiçbir şekilde gözlemleyemedi.

Yumuşak X-ışını radyasyonunun dalga boyları 10 nm'den 0,1 nm'ye ve foton enerjileri sırasıyla 124 eV'den 12.400 eV'ye kadar değiştiği bilinmektedir. Fizikçilerin "elektron kırınımı" deneylerinin, X-ışını fotonlarının kırınımı deneyleriyle daha tutarlı olduğu açıktır ve bu, girişim desenlerinin çakışması ile de gösterilmiştir.

Girişim olgusu yalnızca dalga değil aynı zamanda parçacık teorisi çerçevesinde de kolaylıkla açıklanabilir ve bu nedenle dalga doğasının kanıtı olamaz.

Sonuçlar. Geleneksel fizik, dualizmi mikropartiküllerin parçacık özellikleri ve hareketin dalga özellikleri olarak anlar ve bir ortamın bozulması olarak bir dalga fikrinin yerini, bir mikropartikülün belirli bir noktada tespit edilme olasılığı dalgası fikri alır. uzayda nokta.

Parçacık-dalga düalizminin tarihsel kökleri, uzayda sarmal bir yörünge boyunca foton hareketinin spesifik biçimi ve Planck sabiti olarak düşünülmelidir.

Planck sabitinin fiziksel özünün yanlış anlaşılması ve yirminci yüzyılın başlarında teorik fizikte yapılan bir dizi büyük hata, hatalı fikirlere yol açtı; bunlardan biri dalga-parçacık düalizmiydi.

Bugüne kadar doğadaki dalga-parçacık ikiliğine dair mantıksal olarak doğru ve deneysel bir kanıt yoktur.

“Kuantum teorisi” ise daha çok ampirik verilere başarıyla yaklaşan matematiksel bir soyutlamaya benziyor.

Edebiyat:

1. http://femto.com.ua/articles/part_1/1773.html Dalga-parçacık ikiliği.
2. Slavnov D.A. Dalga-parçacık ikiliği // Temel parçacıkların fiziği ve atom çekirdeği. - 2015. - T. 46, Sayı 4. - S. 1200–1225.
3. https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1006/1006.0016.pdf Goryunov A.V. BİR PARÇACIK MODELİ OLARAK DALGA GİTMEK.
4. Ishkhanov B.S., Stepanov M.E., Tretyakova T. Yu. Parçacık fiziği ve atom çekirdeği üzerine seminerler. - KDU, Moskova Üniversite Kitabı, 2016. - S. 292.
5. Kuantum mekaniği (Fransızcadan çevrilmiştir) ed. L. D. Fadeeva. Albert Mesih. Monografi. T.I. M.: Nauka, 1978 - 480 s.
6. Delone N.B. Maddenin kuantum doğası. - M.: FİZMATLİT, 2008. - 208 s.
7. http://www.km.ru/referats/9289A9AE71E9452B85D5755C15ADF90D Dünyanın doğa bilimleri resimlerinin gelişim tarihinin karşılaştırmalı analizi ve genel özellikleri. Lyamin V. S., Lyamin D. V. Planck sabitinin fiziksel özü.
8. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Drude modeli.
9. http://chem21.info/info/998127/ Kimyagerin El Kitabı 21.
10. Lyamin V. S., Lyamin D. V. Elektrik akımı nedir.
11. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Elektromanyetik spektrum.
12. https://naukovedenie.ru/PDF/09TVN216.pdf Kochetkov A.V., Fedotov P.V. Mikropartiküllerin kırınımı ve girişimi // İnternet dergisi “SCIENCE” Cilt 8, Sayı 2 (2016).

Lyamin V.S. , Lyamin D.V. Lvov

Çift dalga parçacık davranışı sergileyen nesnelerin tipik örnekleri elektronlar ve ışıktır; Bu prensip daha büyük nesneler için de geçerlidir, ancak kural olarak nesne ne kadar büyük olursa, dalga özellikleri o kadar az ortaya çıkar (burada birçok parçacığın, örneğin yüzeydeki dalgaların kolektif dalga davranışından bahsetmiyoruz) bir sıvının).

Dalga-parçacık ikiliği fikri, kuantum mekaniğinin geliştirilmesinde, mikro dünyada gözlemlenen olayları klasik kavramlar açısından yorumlamak için kullanıldı. Gerçekte kuantum nesneleri ne klasik dalgalar ne de klasik parçacıklardır; yalnızca üzerlerinde yapılan deneylerin koşullarına bağlı olarak birincisinin veya sonrakinin özelliklerini sergilerler. Dalga-parçacık ikiliği klasik fizik çerçevesinde açıklanamaz ve ancak kuantum mekaniğinde yorumlanabilir.

Dalga-parçacık ikiliği kavramının daha da geliştirilmesi, kuantum alan teorisindeki kuantize alanlar kavramıydı.

De Broglie dalgaları

Dalga-parçacık ikiliği ilkesi, de Broglie dalgaları fikrinde niceliksel bir ifade alır. Eş zamanlı olarak dalga ve parçacık özellikleri sergileyen herhangi bir nesne için momentum arasında bir bağlantı vardır. p (\displaystyle \mathbf (p)) ve enerji E (\displaystyle E), bu nesnenin bir parçacık olarak doğasında var ve onun dalga parametreleri - dalga vektörü k (\displaystyle \mathbf (k)), dalga boyu λ (\displaystyle \lambda), sıklık ν (\displaystyle \nu ), döngüsel frekans ω (\displaystyle \omega). Bu bağlantı ilişkiler tarafından verilir:

Nerede ℏ (\displaystyle \hbar ) Ve h = 2 π ℏ (\displaystyle h=2\pi \hbar )- sırasıyla azaltılmış ve sıradan Planck sabiti. Bu formüller göreli enerji ve momentum için doğrudur.

De Broglie dalgası, mikro dünyanın herhangi bir hareketli nesnesine karşılık gelir; Böylece de Broglie dalgaları formunda hem hafif hem de büyük parçacıklar girişime ve kırınıma maruz kalır. Aynı zamanda parçacığın kütlesi ne kadar büyük olursa, aynı hızdaki de Broglie dalga boyu da o kadar kısa olur ve dalga özelliklerini kaydetmek o kadar zor olur. Kabaca söylemek gerekirse, bir nesne, çevresi ile etkileşime girdiğinde, de Broglie dalgasının uzunluğu, çevresinde mevcut karakteristik boyutlardan çok daha küçükse parçacık gibi, çok daha uzunsa bir dalga gibi davranır; ara durum ancak tam teşekküllü bir kuantum teorisi çerçevesinde açıklanabilir.

De Broglie dalgasının fiziksel anlamı şu şekildedir: Uzayda belirli bir noktadaki dalganın genliğinin karesi, konumu ölçülürse belirli bir noktada bir parçacığın tespit edilmesinin olasılık yoğunluğuna eşittir. Aynı zamanda, ölçüm yapılana kadar parçacık aslında belirli bir yerde bulunmaz, bir de Broglie dalgası şeklinde uzay boyunca "yayılır".

Gelişim tarihi

Işığın ve maddenin doğası hakkındaki soruların uzun bir geçmişi vardır, ancak belli bir zamana kadar bunlara verilecek yanıtların kesin olması gerektiğine inanılıyordu: ışık ya bir parçacık akışı ya da bir dalgadır; Madde ya klasik mekaniğe uyan bireysel parçacıklardan oluşur ya da sürekli bir ortamdır.

Planck, 1901'de tamamen siyah bir cismin radyasyon spektrumu için bir formül elde ettiğinde ve ardından Einstein, ışığın belirli bir dalga boyuna sahip olduğu varsayımına dayanarak fotoelektrik etkiyi açıkladığında, ışığın görünürde yerleşik dalga tanımının eksik olduğu ortaya çıktı. yalnızca belirli kısımlarda yayılır ve emilir. Böyle bir kısım - daha sonra foton olarak adlandırılan bir ışık kuantumu - enerjiyi ışık dalgasının frekansıyla orantılı bir katsayı ile aktarır h (\displaystyle h)- Planck sabiti. Böylece ışığın yalnızca dalga değil aynı zamanda parçacık özellikleri de sergilediği ortaya çıktı.

Dalga-parçacık ikiliği ilkesi, Schrödinger'in "dalga mekaniği"nde daha spesifik ve doğru bir düzenlemeye kavuştu ve bu daha sonra modern kuantum mekaniğine dönüştü.

Işığın dalga-parçacık ikiliği

Dalga-parçacık ikiliği ilkesinin uygulanmasının klasik bir örneği olarak ışık, birçok fiziksel etkide klasik elektromanyetik dalgaların özelliklerini sergileyen parçacıklardan (fotonlardan) oluşan bir akış olarak yorumlanabilir. Işık, kırınım ve girişim olgularında, ışığın dalga boyuyla karşılaştırılabilecek ölçeklerde dalga özellikleri sergiler. Örneğin, hatta BekarÇift yarıktan geçen fotonlar ekranda Maxwell denklemleriyle belirlenen bir girişim deseni oluşturur.

Ancak deney, fotonun kısa bir elektromanyetik radyasyon darbesi olmadığını gösteriyor; örneğin, Fransız fizikçiler Grangier, Roger ve Aspe tarafından 1986'da yürütülen bir deneyde açıkça gösterildiği gibi, optik ışın ayırıcılar tarafından birkaç ışına bölünemez. . Işığın parçacık özellikleri, denge termal radyasyon modellerinde, fotoelektrik etkide ve Compton etkisinde kendini gösterir. Bir foton aynı zamanda, boyutları kendi dalga boyundan çok daha küçük olan (örneğin atom çekirdeği) veya genel olarak nokta benzeri (örneğin bir elektron) kabul edilebilecek nesneler tarafından tamamen yayılan veya soğurulan bir parçacık gibi davranır.

Elektromanyetik radyasyonun dalga boyu ne kadar kısa olursa, fotonların enerjisi ve momentumu o kadar büyük olur ve bu radyasyonun dalga özelliklerinin tespit edilmesi o kadar zor olur. Örneğin, X-ışını radyasyonu yalnızca çok "ince" bir kırınım ızgarasında - bir katının kristal kafesinde kırılır.

Büyük nesnelerin dalga davranışı

Dalga davranışı yalnızca temel parçacıklar ve nükleonlar tarafından değil, aynı zamanda daha büyük nesneler - moleküller tarafından da sergilenir. 1999 yılında fullerenlerin kırınımı ilk kez gözlendi. 2013 yılında 10.000 amu'dan daha ağır olan moleküllerin kırınımı sağlandı. Her biri 800'den fazla atomdan oluşan.

Ancak kütlesi Planck kütlesinden daha büyük olan nesnelerin prensipte dalga davranışı sergileyip sergileyemeyeceği tam olarak kesin değildir.

Ayrıca bakınız

Notlar

1. "Camcık" kelimesi "parçacık" anlamına gelir ve pratikte dalga-parçacık ikiliği bağlamı dışında kullanılmaz.
2. Gershtein S.S. Dalga-parçacık ikiliği// Fiziksel ansiklopedi: [5 ciltte] / Ch. ed. A. M. Prokhorov. - M.: Sovyet Ansiklopedisi, 1990. - T. 2: Kalite faktörü - Manyeto-optik. - s. 464-465. - 704 s. - 100.000 kopya. -