Толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугу деген эмне? Бул фотондордун жана башка субатомдук бөлүкчөлөрдүн өзгөчөлүгү, алар кээ бир шарттарда өзүн толкун сыяктуу, башка шарттарда бөлүкчөлөр сыяктуу алып жүрүшөт.
Материя менен жарыктын толкун-бөлүкчөлөрүнүн коштугу кванттык механиканын маанилүү бөлүгү болуп саналат, анткени ал классикалык механикада жакшы иштеген «толкундар» жана «бөлүкчөлөр» сыяктуу түшүнүктөр жетишсиз экенин эң жакшы далилдейт. кээ бир кванттык объекттердин жүрүм-турумунун түшүндүрмөсү.
Жарыктын кош табияты физикада 1905-жылы Альберт Эйнштейн бөлүкчөлөр катары сүрөттөлгөн фотондордун жардамы менен жарыктын жүрүм-турумун сүрөттөгөндөн кийин таанылган. Андан кийин Эйнштейн жарыкты толкун кыймылы катары сүрөттөгөн анча белгилүү эмес атайын салыштырмалуулук теориясын жарыялады.
Кош кыймыл-аракетти көрсөткөн бөлүкчөлөр
Эң жакшысы, толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугу принцибифотондордун жүрүм-турумунда байкалган. Булар эң жеңил жана эң кичинекей объектилер, алар кош жүрүм-турумду көрсөтөт. Элементардык бөлүкчөлөр, атомдор, ал тургай молекулалар сыяктуу чоңураак объекттердин арасынан толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугунун элементтерин да байкоого болот, бирок чоңураак объекттер өзүн өтө кыска толкундардай алып жүрүшөт, ошондуктан аларды байкоо өтө кыйын. Адатта, классикалык механикада колдонулган түшүнүктөр чоңураак же макроскопиялык бөлүкчөлөрдүн кыймыл-аракетин сүрөттөө үчүн жетиштүү.
Толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугунун далилдери
Адамдар жарыктын жана заттын табияты жөнүндө көптөгөн кылымдар, атүгүл миңдеген жылдар бою ойлонуп келишкен. Салыштырмалуу жакынкы убакка чейин физиктер жарыктын жана заттын мүнөздөмөлөрү эки ачакей болушу керек деп эсептешкен: жарык да Ньютон механикасынын мыйзамдарына толугу менен баш ийген жеке бөлүкчөлөрдөн турган материя сыяктуу бөлүкчөлөрдүн агымы же толкун болушу мүмкүн, же үзгүлтүксүз, ажырагыс чөйрө.
Адегенде азыркы мезгилде жарыктын жеке бөлүкчөлөрдүн агымы катары жүрүш-турушу жөнүндөгү теория, башкача айтканда корпускулярдык теория популярдуу болгон. Ньютон өзү да аны карманган. Бирок кийинчерээк Гюйгенс, Френель жана Максвелл сыяктуу физиктер жарыкты толкун деген жыйынтыкка келишкен. Алар жарыктын жүрүм-турумун электромагниттик талаанын термелүүсү менен түшүндүрүшкөн, ал эми бул учурда жарык менен заттын өз ара аракети классикалык талаа теориясынын түшүндүрмөсүнө кирген.
Бирок, 20-кылымдын башында физиктер биринчи да, экинчи да түшүндүрмө бере албаган фактыга туш болушкан.ар кандай шарттарда жана өз ара аракеттенүүдө жарык жүрүм-турум аймагын толугу менен камтыйт.
Андан бери көптөгөн эксперименттер кээ бир бөлүкчөлөрдүн жүрүм-турумунун эки жактуулугун далилдеди. Бирок кванттык объекттердин касиеттеринин толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугунун пайда болушуна жана кабыл алынышына өзгөчө биринчи, эң алгачкы эксперименттер таасир эткен, алар жарыктын жүрүм-турумунун табияты жөнүндөгү талаш-тартыштарды токтоткон.
Фотоэффект: жарык бөлүкчөлөрдөн турат
Фотоэффект, ошондой эле фотоэффект деп аталат, жарыктын (же башка электромагниттик нурлануунун) зат менен өз ара аракеттенүү процесси, анын натыйжасында жарык бөлүкчөлөрүнүн энергиясы зат бөлүкчөлөрүнө өтөт. Фотоэффектти изилдөө учурунда фотоэлектрондордун жүрүм-турумун классикалык электромагниттик теория менен түшүндүрүүгө болбойт.
Генрих Герц 1887-жылы электроддорго ультрафиолет нурун чачуу алардын электрдик учкундарды жаратуу жөндөмүн арттырарын белгилеген. Эйнштейн 1905-жылы фотоэффектти жарыктын белгилүү кванттык бөлүктөр тарабынан сиңирилүүсү жана чыгарылышы менен түшүндүрүп, алгач аны жарык кванттары деп атап, кийин фотондор деп атаган.
1921-жылы Роберт Милликендин эксперименти Эйнштейндин пикирин тастыктап, фотоэффектти ачкандыгы үчүн Нобель сыйлыгын, ал эми Милликан өзү 1923-жылы элементардык бөлүкчөлөр боюнча эмгеги үчүн Нобель сыйлыгын алган. жана фотоэлектрдик эффектти изилдөө.
Дэвиссон-Джермер эксперименти: жарык бул толкун
Дэвиссондун тажрыйбасы - Гермер тастыктадыде Бройльдин жарыктын толкун-бөлүкчөлөрүнүн коштугу жөнүндөгү гипотезасы кванттык механиканын мыйзамдарын түзүү үчүн негиз болуп кызмат кылган.
Эки физик тең никель монокристалынан электрондордун чагылышын изилдешкен. вакуумда жайгашкан орнотуу, белгилүү бир бурчта никелден жасалган монокристаллдан турган. Монохроматикалык электрондордун шооласы кесилген тегиздикке түз перпендикуляр багытталган.
Тажрыйба көрсөткөндөй, чагылуунун натыйжасында электрондор абдан тандалма чачырайт, башкача айтканда, ылдамдыкка жана бурчка карабастан бардык чагылган нурларда интенсивдүүлүктүн максимумдары жана минимумдары байкалат. Ошентип, Дэвиссон жана Гермер бөлүкчөлөрдөгү толкун касиеттеринин бар экенин эксперименталдык түрдө тастыкташты.
1948-жылы советтик физик В. А. Фабрикант толкун функциялары электрондордун агымына гана эмес, ошондой эле ар бир электронго өзүнчө мүнөздүү экенин эксперимент жолу менен тастыктаган.
Юнгдун эки тешик менен жасаган эксперименти
Томас Янгдын эки жарака менен жасаган практикалык эксперименти жарык да, зат да толкундардын да, бөлүкчөлөрдүн да мүнөздөмөлөрүн көрсөтө аларын көрсөтүп турат.
Юнгдун эксперименти 19-кылымдын башында, дуализм теориясы пайда болгонго чейин биринчи жолу ишке ашырылганына карабастан, толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугунун табиятын иш жүзүндө көрсөтүп турат.
Эксперименттин маңызы төмөндөгүдөй: жарык булагы (мисалы, лазер нуру) эки параллелдүү уяча жасалган пластинкага багытталган. Тешиктерден өткөн жарык пластинанын артындагы экранда чагылдырылат.
Жарыктын толкундук мүнөзү жарык толкундарын тешиктерден өткөрөтаралаштырып, экранда жарык жана караңгы сызыктарды пайда кылат, эгерде жарык бөлүкчөлөр сыяктуу болсо, андай болбойт. Бирок экран жарыкты сиңирип, чагылдырат, ал эми фотоэффект жарыктын корпускулалык табиятынын далили.
Материянын толкун-бөлүкчөлөрүнүн коштугу деген эмне?
Материя өзүн жарык менен бирдей дуализмде алып бара алабы деген суроону де Бройль көтөргөн. Ал белгилүү бир шарттарда жана экспериментке жараша фотондор гана эмес, электрондор да толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугун көрсөтө алат деген тайманбас гипотезага ээ. Бройль 1924-жылы жарыктын фотондорунун гана эмес, макробөлүкчөлөрдүн да ыктымалдык толкундары жөнүндөгү идеясын иштеп чыккан.
Гипотеза Дэвиссон-Гермер экспериментинин жардамы менен жана Янгдын кош жарактуу экспериментин кайталоо менен далилденгенде (фотондун ордуна электрондор менен) де Бройль Нобель сыйлыгын алган (1929).
Керектүү шарттарда материя да өзүн классикалык толкундай алып жүрүшү мүмкүн экен. Албетте, чоң объекттер ушунчалык кыска толкундарды жаратат, аларды байкоо маанисиз болот, бирок атомдор, ал тургай молекулалар сыяктуу кичинекей объектилер да байкаларлык толкун узундугун көрсөтөт, бул толкун функцияларына негизделген кванттык механика үчүн абдан маанилүү.
Толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугунун мааниси
Толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугу түшүнүгүнүн негизги мааниси электромагниттик нурлануунун жана заттын жүрүм-турумун дифференциалдык теңдеме аркылуу сүрөттөөгө болот,толкун функциясын билдирет. Адатта, бул Шредингер теңдемеси. Толкундук функцияларды колдонуу менен реалдуулукту сүрөттөө жөндөмү кванттык механиканын өзөгүн түзөт.
Толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугу деген эмне деген суроого эң кеңири таралган жооп бул толкун функциясы белгилүү бир бөлүкчөнүн белгилүү бир жерден табылуу ыктымалдыгын билдирет. Башкача айтканда, бөлүкчөнүн болжолдонгон жерде болуу ыктымалдыгы аны толкун кылат, бирок анын физикалык көрүнүшү жана формасы андай эмес.
Толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугу деген эмне?
Математика өтө татаал жол менен болсо да дифференциалдык теңдемелердин негизинде так болжолдоолорду жасаганы менен, кванттык физика үчүн бул теңдемелердин маанисин түшүнүү жана түшүндүрүү бир топ кыйын. Толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугу эмне экенин түшүндүрүү аракети дагы эле кванттык физикадагы талкуулардын борборунда.
Толкун-бөлүкчөлөрдүн коштугунун практикалык мааниси ошондой эле адекваттуу кабылдоо үчүн дээрлик бардык объектилерди кадимкидей ой жүгүртүү жетишсиз болуп калганда, ар бир физик чындыкты абдан кызыктуу түрдө кабыл алууну үйрөнүшү керек экендигинде. чындык.
