Uwili wa chembe-mawimbi ni nini? Ni sifa ya fotoni na chembe nyingine ndogo ndogo ambazo hufanya kama mawimbi chini ya hali fulani na kama chembe chini ya zingine.
Uwili wa chembe ya mawimbi ya maada na mwanga ni sehemu muhimu ya mekanika za quantum, kwa sababu inaonyesha vyema ukweli kwamba dhana kama vile "mawimbi" na "chembe", ambazo hufanya kazi vizuri katika mechanics ya kitambo, hazitoshi. maelezo ya tabia ya baadhi ya vitu vya quantum.
Hali mbili za nuru zilipata kutambuliwa katika fizikia baada ya 1905, Albert Einstein alipofafanua tabia ya mwanga kwa kutumia fotoni, ambazo zilifafanuliwa kuwa chembechembe. Kisha Einstein alichapisha uhusiano maalum ambao haujulikani sana, ambao ulielezea mwanga kama tabia ya mawimbi.
Chembe zinazoonyesha tabia mbili
Bora zaidi, kanuni ya uwili wa chembe-mawimbikuzingatiwa katika tabia ya fotoni. Hivi ndivyo vitu vyepesi na vidogo zaidi vinavyoonyesha tabia mbili. Miongoni mwa vitu vikubwa, kama vile chembe za msingi, atomi, na hata molekuli, vipengele vya uwili wa chembe ya wimbi vinaweza pia kuzingatiwa, lakini vitu vikubwa hutenda kama mawimbi mafupi sana, kwa hiyo ni vigumu sana kuchunguza. Kwa kawaida, dhana zinazotumika katika ufundi wa kitaalamu hutosha kuelezea tabia ya chembe kubwa zaidi au kubwa zaidi.
Ushahidi wa uwili wa chembe-mawimbi
Watu wamekuwa wakifikiria kuhusu asili ya mwanga na mata kwa karne nyingi na hata milenia. Hadi hivi majuzi, wanafizikia waliamini kuwa sifa za nuru na maada lazima ziwe wazi: nuru inaweza kuwa mkondo wa chembe au wimbi, kama maada, ama inayojumuisha chembe za kibinafsi zinazotii kabisa sheria za mechanics ya Newton, au kuwa a. inayoendelea, isiyoweza kutenganishwa.
Hapo awali, katika nyakati za kisasa, nadharia kuhusu tabia ya mwanga kama mkondo wa chembe za kibinafsi, yaani, nadharia ya mwili, ilikuwa maarufu. Newton mwenyewe alishikilia hilo. Walakini, wanafizikia wa baadaye kama vile Huygens, Fresnel na Maxwell walihitimisha kuwa mwanga ni wimbi. Walielezea tabia ya mwanga kwa kuzunguka kwa uwanja wa sumakuumeme, na mwingiliano wa mwanga na jambo katika kesi hii ulianguka chini ya maelezo ya nadharia ya uga ya kitambo.
Walakini, mwanzoni mwa karne ya ishirini, wanafizikia walikabiliwa na ukweli kwamba maelezo ya kwanza au ya pili hayangeweza.funika kabisa eneo la tabia nyepesi chini ya hali na mwingiliano mbalimbali.
Tangu wakati huo, majaribio mengi yamethibitisha uwili wa tabia ya baadhi ya chembe. Hata hivyo, kuonekana na kukubalika kwa uwili wa chembe-mawimbi ya sifa za vitu vya quantum uliathiriwa hasa na majaribio ya kwanza, ya mapema zaidi, ambayo yalihitimisha mjadala kuhusu asili ya tabia ya mwanga.
Athari ya umeme wa picha: mwanga umeundwa na chembechembe
Athari ya fotoelectric, pia huitwa athari ya picha, ni mchakato wa mwingiliano wa mwanga (au mionzi yoyote ya sumakuumeme) na mata, kutokana na ambayo nishati ya chembe za mwanga huhamishiwa kwenye chembe za maada. Wakati wa utafiti wa athari ya fotoelectric, tabia ya photoelectrons haikuweza kuelezewa na nadharia ya zamani ya sumakuumeme.
Heinrich Hertz alibainisha mnamo 1887 kwamba kuangaza mwanga wa urujuanimno kwenye elektroni kuliongeza uwezo wao wa kuunda cheche za umeme. Einstein mwaka wa 1905 alielezea athari ya fotoelectric kwa ukweli kwamba mwanga hufyonzwa na kutolewa na sehemu fulani za quantum, ambazo awali aliziita quanta nyepesi, na kisha kuzipa jina la fotoni.
Jaribio la Robert Milliken mnamo 1921 lilithibitisha uamuzi wa Einstein na kusababisha ukweli kwamba wa mwisho alipokea Tuzo la Nobel kwa ugunduzi wa athari ya picha ya umeme, na Millikan mwenyewe alipokea Tuzo ya Nobel mnamo 1923 kwa kazi yake ya chembe za msingi. na utafiti wa athari ya fotoelectric.
Jaribio la Davisson-Jermer: mwanga ni wimbi
Matukio ya Davisson - Germer amethibitishaNadharia ya de Broglie kuhusu uwili wa chembe-wimbi ya mwanga na ilitumika kama msingi wa kutunga sheria za umekanika wa quantum.
Wanafizikia wote wawili walisoma uakisi wa elektroni kutoka kwa fuwele ya nikeli moja. Mpangilio, ulio katika ombwe, ulijumuisha ardhi ya fuwele ya nikeli moja kwa pembe fulani. Boriti ya elektroni za monokromatiki ilielekezwa moja kwa moja kwa usawa wa ndege iliyokatwa.
Majaribio yameonyesha kuwa kama matokeo ya kuakisi, elektroni hutawanywa kwa kuchagua sana, yaani, katika mihimili yote iliyoakisiwa, bila kujali kasi na pembe, kiwango cha juu na cha chini cha kasi huzingatiwa. Kwa hivyo, Davisson na Germer walithibitisha kwa majaribio uwepo wa sifa za wimbi katika chembe.
Mnamo 1948, mwanafizikia wa Usovieti V. A. Fabrikant alithibitisha kwa majaribio kwamba utendaji wa mawimbi ni asili si tu katika mtiririko wa elektroni, bali pia katika kila elektroni kando.
Jaribio la Jung na mpasuko mbili
Jaribio la vitendo la Thomas Young la mipasuko miwili ni onyesho kwamba mwanga na mada vinaweza kuonyesha sifa za mawimbi na chembe chembe.
Jaribio la Jung linaonyesha kivitendo asili ya uwili wa chembe-mawimbi, licha ya ukweli kwamba ulifanyika kwa mara ya kwanza mwanzoni mwa karne ya 19, hata kabla ya ujio wa nadharia ya uwili.
Kiini cha jaribio ni kama ifuatavyo: chanzo cha mwanga (kwa mfano, miale ya leza) huelekezwa kwenye bati ambapo mishikamo miwili inayolingana hufanywa. Mwangaza unaopita kwenye mpasuo huonyeshwa kwenye skrini iliyo nyuma ya bati.
Hali ya mawimbi ya mwanga husababisha mawimbi ya mwanga kupita kwenye mianya kwendamix, inayozalisha michirizi nyepesi na nyeusi kwenye skrini, jambo ambalo halingefanyika ikiwa mwanga ungekuwa kama vijisehemu. Hata hivyo, skrini hufyonza na kuangazia mwanga, na madoido ya fotoelectric ni dhibitisho ya asili ya corpuscular ya mwanga.
Uwili wa mawimbi-chembe ni nini?
Swali la iwapo maada inaweza kuwa na uwili sawa na nuru, de Broglie alilishughulikia. Anamiliki nadharia dhabiti kwamba, chini ya hali fulani na kulingana na jaribio, sio fotoni tu, bali pia elektroni zinaweza kuonyesha uwili wa chembe ya wimbi. Broglie alikuza wazo lake la uwezekano wa mawimbi sio tu ya fotoni za mwanga, lakini pia ya chembe ndogo mnamo 1924.
Wakati nadharia tete ilipothibitishwa kwa kutumia jaribio la Davisson-Germer na kurudia jaribio la Young la kupasuliwa mara mbili (kwa elektroni badala ya fotoni), de Broglie alipokea Tuzo ya Nobel (1929).
Inabadilika kuwa mada pia inaweza kuwa kama wimbi la kawaida katika hali zinazofaa. Kwa kweli, vitu vikubwa huunda mawimbi mafupi sana hivi kwamba haina maana kuyatazama, lakini vitu vidogo, kama atomi au hata molekuli, huonyesha urefu unaoonekana, ambao ni muhimu sana kwa mechanics ya quantum, ambayo imejengwa kivitendo juu ya utendaji wa mawimbi.
Maana ya uwili wa chembe-wimbi
Maana kuu ya dhana ya uwili wa chembe-mawimbi ni kwamba tabia ya mionzi ya sumakuumeme na maada inaweza kuelezewa kwa kutumia mlingano tofauti,ambayo inawakilisha utendaji wa wimbi. Kawaida hii ni mlinganyo wa Schrödinger. Uwezo wa kuelezea uhalisia kwa kutumia vitendaji vya mawimbi ndio kiini cha mechanics ya quantum.
Jibu la kawaida kwa swali la uwili wa chembe ya wimbi ni kwamba utendaji wa wimbi unawakilisha uwezekano wa kupata chembe fulani mahali fulani. Kwa maneno mengine, uwezekano wa chembe kuwa katika eneo lililotabiriwa huifanya kuwa wimbi, lakini mwonekano na umbo lake sivyo.
Uwili wa chembe ya wimbi ni nini?
Ingawa hisabati, ingawa kwa njia changamano sana, hufanya ubashiri sahihi kulingana na milinganyo tofauti, maana ya milinganyo hii ya fizikia ya quantum ni ngumu zaidi kuelewa na kueleza. Jaribio la kueleza uwili wa chembe ya wimbi bado ni kiini cha mjadala katika fizikia ya quantum.
Umuhimu wa vitendo wa uwili wa chembe-mawimbi pia unatokana na ukweli kwamba mwanafizikia yeyote lazima ajifunze kutambua ukweli kwa njia ya kuvutia sana, wakati kufikiria karibu kitu chochote kwa njia ya kawaida haitoshi tena kwa mtazamo wa kutosha. ya ukweli.
