To'lqin-zarralar ikkiligi nima? Bu fotonlar va boshqa subatomik zarralarning oʻziga xos xususiyati boʻlib, ular baʼzi sharoitlarda toʻlqin kabi, boshqa sharoitlarda esa zarracha kabi harakat qiladi.
Materiya va yorug'likning to'lqin-zarracha ikkilanishi kvant mexanikasining muhim qismidir, chunki u klassik mexanikada yaxshi ishlaydigan "to'lqinlar" va "zarralar" kabi tushunchalar etarli emasligini eng yaxshi isbotlaydi. ba'zi kvant ob'ektlari xatti-harakatining tushuntirishlari.
Yorugʻlikning ikki tomonlama tabiati fizikada 1905-yildan keyin, Albert Eynshteyn zarrachalar sifatida tasvirlangan fotonlar yordamida yorugʻlikning harakatini tasvirlab berganidan keyin tan olindi. Keyin Eynshteyn yorug'likni to'lqin harakati sifatida tasvirlaydigan unchalik mashhur bo'lmagan maxsus nisbiylik nazariyasini nashr etdi.
Ikkilamchi zarrachalar
Eng yaxshisi, toʻlqin-zarracha ikkilik tamoyilifotonlarning xatti-harakatlarida kuzatiladi. Bu ikki tomonlama xatti-harakatni ko'rsatadigan eng engil va eng kichik ob'ektlardir. Elementar zarrachalar, atomlar va hatto molekulalar kabi yirikroq jismlar orasida toʻlqin-zarracha ikkilik elementlarini ham kuzatish mumkin, lekin kattaroq jismlar oʻzini juda qisqa toʻlqinlar kabi tutadi, shuning uchun ularni kuzatish juda qiyin. Odatda klassik mexanikada qo‘llaniladigan tushunchalar kattaroq yoki makroskopik zarrachalarning harakatini tasvirlash uchun yetarli.
To'lqin-zarralar ikkiligining dalillari
Odamlar yorug'lik va materiyaning tabiati haqida ko'p asrlar va hatto ming yillar davomida o'ylashgan. Nisbatan yaqin vaqtlargacha fiziklar yorug'lik va materiyaning xarakteristikalari bir ma'noli bo'lishi kerak, deb hisoblashgan: yorug'lik zarralar oqimi yoki to'lqin bo'lishi mumkin, xuddi materiya kabi, yoki Nyuton mexanikasi qonunlariga to'liq bo'ysunadigan alohida zarralardan iborat bo'lishi mumkin. uzluksiz, ajralmas vosita.
Dastlab, zamonaviy davrda yorug'likning alohida zarralar oqimi sifatidagi harakati haqidagi nazariya, ya'ni korpuskulyar nazariya mashhur edi. Nyutonning o'zi ham bunga amal qildi. Biroq, keyinchalik Gyuygens, Fresnel va Maksvell kabi fiziklar yorug'lik to'lqin degan xulosaga kelishdi. Ular yorug'likning harakatini elektromagnit maydonning tebranishi bilan izohladilar va bu holda yorug'lik va materiyaning o'zaro ta'siri klassik maydon nazariyasining tushuntirishiga kirdi.
Ammo, XX asrning boshlarida fiziklar birinchi va ikkinchi tushuntirishlar mumkin emasligi bilan duch kelishdi.turli sharoitlarda va oʻzaro taʼsirlarda yorugʻlik harakati maydonini toʻliq qamrab oladi.
Oʻshandan beri koʻplab tajribalar baʼzi zarrachalar harakatining ikki tomonlamaligini isbotladi. Biroq, kvant ob'ektlari xossalarining to'lqin-zarracha ikkilanishining paydo bo'lishi va qabul qilinishiga, ayniqsa, yorug'lik harakatining tabiati haqidagi bahslarga chek qo'ygan birinchi, eng qadimgi tajribalar ta'sir ko'rsatdi.
Fotoelektr effekti: yorug'lik zarrachalardan iborat
Fotoelektrik effekt, shuningdek, fotoelektr effekti deb ham ataladi, yorug'likning (yoki boshqa har qanday elektromagnit nurlanishning) materiya bilan o'zaro ta'siri jarayoni bo'lib, buning natijasida yorug'lik zarralari energiyasi materiya zarrachalariga o'tadi. Fotoelektr effektini o'rganish jarayonida fotoelektronlarning harakatini klassik elektromagnit nazariya bilan tushuntirib bo'lmadi.
Genrix Gerts 1887 yilda elektrodlarga ultrabinafsha nurlar tushishi ularning elektr uchqunlarini yaratish qobiliyatini oshirishini ta'kidlagan. Eynshteyn 1905 yilda fotoelektr effektini yorug'likning ma'lum kvant qismlari tomonidan so'rilishi va chiqarilishi bilan izohlagan, u dastlab yorug'lik kvantlari deb atagan va keyin ularni fotonlar deb atagan.
1921-yilda Robert Milliken tomonidan oʻtkazilgan tajriba Eynshteynning fikrini tasdiqladi va ikkinchisi fotoelektr effektini kashf etgani uchun Nobel mukofotiga sazovor boʻlishiga olib keldi, Millikanning oʻzi esa 1923-yilda elementar zarralar boʻyicha ishi uchun Nobel mukofotiga sazovor boʻldi. va fotoelektr effektini o'rganish.
Devisson-Jermer tajribasi: yorug'lik to'lqindir
Devissonning tajribasi - Germer tasdiqladide Broylning yorug'likning to'lqin-zarracha ikkiligi haqidagi gipotezasi kvant mexanikasi qonunlarini shakllantirish uchun asos bo'lib xizmat qildi.
Ikkala fizik ham nikel monokristalidagi elektronlarning aks etishini oʻrganishgan. Vakuumda joylashgan o'rnatish ma'lum bir burchak ostida nikel monokristalli tuproqdan iborat edi. Monoxromatik elektronlar dastasi kesilgan tekislikka to'g'ridan-to'g'ri perpendikulyar yo'n altirildi.
Tajribalar shuni ko'rsatdiki, aks ettirish natijasida elektronlar juda tanlab tarqaladi, ya'ni barcha aks ettirilgan nurlarda tezlik va burchaklardan qat'i nazar, intensivlikning maksimal va minimallari kuzatiladi. Shunday qilib, Devisson va Germer zarrachalarda to‘lqin xossalari mavjudligini eksperimental tarzda tasdiqladilar.
1948-yilda sovet fizigi V. A. Fabrikant toʻlqin funksiyalari nafaqat elektronlar oqimiga, balki har bir elektronga alohida xos ekanligini tajriba yoʻli bilan tasdiqladi.
Jungning ikkita tirqish bilan tajribasi
Tomas Yangning ikkita tirqish bilan oʻtkazgan amaliy tajribasi yorugʻlik ham, materiya ham toʻlqinlar, ham zarrachalarning xususiyatlarini namoyon etishini isbotladi.
Yung tajribasi 19-asr boshlarida, dualizm nazariyasi paydo boʻlishidan oldin ham amalga oshirilganiga qaramay, toʻlqin-zarracha ikkilik tabiatini amalda koʻrsatadi.
Tajribaning mohiyati quyidagicha: yorug'lik manbai (masalan, lazer nuri) ikkita parallel tirqish qilingan plastinkaga yo'n altiriladi. Teshiklardan o'tayotgan yorug'lik plastinka orqasidagi ekranda aks etadi.
Yorugʻlikning toʻlqinli tabiati yorugʻlik toʻlqinlarining tirqishlardan oʻtishiga sabab boʻladiaralashtirib, ekranda yorug'lik va qorong'u chiziqlar hosil qiladi, agar yorug'lik zarrachalar kabi harakat qilsa, bu sodir bo'lmaydi. Biroq, ekran yorug'likni yutadi va aks ettiradi va fotoelektr effekti yorug'likning korpuskulyar tabiatining isbotidir.
Materiyaning toʻlqin-zarra ikkiligi nima?
Materiya yorug'lik bilan bir xil duallikda harakat qila oladimi degan savolni de Broyl oldi. U ma'lum sharoitlarda va tajribaga bog'liq holda nafaqat fotonlar, balki elektronlar ham to'lqin-zarralar ikkiligini ko'rsatishi mumkin bo'lgan jasur gipotezaga ega. Broyl 1924 yilda nafaqat yorug'lik fotonlari, balki makrozarrachalarning ham ehtimollik to'lqinlari haqidagi g'oyasini ishlab chiqdi.
Gipoteza Devisson-Germer tajribasi yordamida isbotlanganda va Yangning ikki yoriqli tajribasini takrorlaganda (fotonlar oʻrniga elektronlar bilan) de Broyl Nobel mukofotiga sazovor boʻlgan (1929).
Ma'lum bo'lishicha, to'g'ri sharoitda materiya ham o'zini klassik to'lqin kabi tutishi mumkin. Albatta, katta jismlar shunchalik qisqa to‘lqinlar hosil qiladiki, ularni kuzatishning ma’nosi yo‘q, lekin atomlar yoki hatto molekulalar kabi kichikroq jismlar sezilarli to‘lqin uzunligini namoyon qiladi, bu esa amalda to‘lqin funksiyalari asosida qurilgan kvant mexanikasi uchun juda muhimdir.
To'lqin-zarra ikkiligining ma'nosi
To'lqin-zarracha ikkilik tushunchasining asosiy ma'nosi shundan iboratki, elektromagnit nurlanish va moddaning harakatini differentsial tenglama yordamida tasvirlash mumkin,bu to'lqin funksiyasini ifodalaydi. Odatda bu Shredinger tenglamasi. To‘lqin funksiyalaridan foydalangan holda voqelikni tasvirlash qobiliyati kvant mexanikasining markazidir.
Toʻlqin-zarracha ikkilikligi nima degan savolga eng koʻp berilgan javob shuki, toʻlqin funksiyasi maʼlum bir joyda maʼlum bir zarrachani topish ehtimolini ifodalaydi. Boshqacha qilib aytganda, zarrachaning bashorat qilingan joyda boʻlish ehtimoli uni toʻlqinga aylantiradi, lekin uning jismoniy koʻrinishi va shakli bunday emas.
To'lqin-zarralar ikkiligi nima?
Matematika nihoyatda murakkab boʻlsa-da, differensial tenglamalar asosida aniq bashorat qilsa-da, kvant fizikasi uchun bu tenglamalarning maʼnosini tushunish va tushuntirish ancha qiyinroq. To'lqin-zarralar ikkiligi nima ekanligini tushuntirishga urinish hali ham kvant fizikasidagi munozaralarning markazida.
To'lqin-zarracha ikkilikligining amaliy ahamiyati shundan iboratki, har qanday fizik voqelikni juda qiziqarli tarzda idrok etishni o'rganishi kerak, biroq adekvat idrok etish uchun deyarli har qanday ob'ekt haqida odatdagidek fikr yuritish etarli emas. haqiqat.
