Dualitatea undă-particulă

Situația actuală

Max Planck, Albert Einstein, Louis de Broglie, Arthur Compton, Niels Bohr au lucrat la această problemă. Teoria științifică actuală este că toate particulele acționează atât ca unde, cât și ca particule. Acest lucru a fost verificat în cazul particulelor elementare și al particulelor compuse, cum ar fi atomii și moleculele. În cazul particulelor macroscopice, din cauza lungimilor de undă extrem de scurte, proprietățile undelor nu pot fi detectate de obicei.

Experiment

În 1909, un om de știință pe nume Geoffrey Taylor a decis că va rezolva această dispută o dată pentru totdeauna. El a împrumutat un experiment inventat anterior de Thomas Young, în care lumina era proiectată prin două găuri mici, una lângă cealaltă. Atunci când lumina strălucitoare a fost proiectată prin aceste două găuri mici, a creat un model de interferență care părea să arate că lumina este de fapt o undă.

Ideea lui Taylor a fost de a fotografia lumina care ieșea din găuri cu un aparat foto special care era neobișnuit de sensibil la lumină. Atunci când lumina puternică era proiectată prin găuri, fotografia arăta un model de interferență, așa cum a arătat Young mai devreme. Taylor a redus apoi lumina la un nivel foarte slab. Când lumina era suficient de slabă, fotografiile lui Taylor arătau mici puncte de lumină care se împrăștiau prin găuri. Acest lucru părea să arate că lumina era de fapt o particulă. Dacă Taylor permitea ca lumina slabă să străbată găurile suficient de mult timp, punctele umpleau în cele din urmă fotografia pentru a face din nou un model de interferență. Acest lucru a demonstrat că lumina era cumva atât o undă, cât și o particulă.

Pentru a face lucrurile și mai confuze, Louis de Broglie a sugerat că materia ar putea acționa în același mod. Oamenii de știință au efectuat apoi aceleași experimente cu electroni și au descoperit că și electronii sunt într-un fel atât particule, cât și unde. Electronii pot fi folosiți pentru a realiza experimentul cu fantă dublă al lui Young.

Astăzi, aceste experimente au fost realizate în atât de multe moduri diferite de către atât de mulți oameni diferiți, încât oamenii de știință acceptă pur și simplu că atât materia, cât și lumina sunt, într-un fel sau altul, atât unde, cât și particule. Oamenii de știință sunt încă nesiguri cu privire la modul în care se poate întâmpla acest lucru, dar sunt destul de siguri că trebuie să fie adevărat. Deși pare imposibil de înțeles cum ceva poate fi atât o undă, cât și o particulă, oamenii de știință dispun de o serie de ecuații pentru a descrie aceste lucruri, care au variabile atât pentru lungimea de undă (o proprietate a undelor), cât și pentru impuls (o proprietate a particulelor). Această aparentă imposibilitate este denumită dualitatea undă-particulă.

Teoria de bază

Dualitatea undă-particulă înseamnă că toate particulele prezintă atât proprietăți de undă, cât și de particulă. Acesta este un concept central al mecanicii cuantice. Conceptele clasice precum "particulă" și "undă" nu descriu pe deplin comportamentul obiectelor la scară cuantică.

Particule ca unde

Un electron are o lungime de undă numită "lungimea de undă de Broglie". Aceasta poate fi calculată cu ajutorul ecuației

λ D = h ρ {\displaystyle \lambda _{D}={\frac {h}{\rho }}}

λ D {\displaystyle \lambda _{D}} este lungimea de undă de Broglie.

h {\displaystyle h} este constanta lui Planck

ρ {\displaystyle \rho } este momentul particulei.

Acest lucru a dus la ideea că electronii din atomi prezintă un model de undă staționară.

Undele ca particule

Efectul fotoelectric arată că un foton de lumină care are suficientă energie (o frecvență suficient de mare) poate determina eliberarea unui electron de pe suprafața unui metal. În acest caz, electronii pot fi numiți fotoelectroni.

Pagini conexe

• Max Planck
• Mecanica cuantică