Dalga-parçacık ikiliği nedir? Bazı koşullar altında dalgalar, bazı koşullar altında parçacıklar gibi davranan fotonların ve diğer atom altı parçacıkların bir özelliğidir.
Madde ve ışığın dalga-parçacık ikiliği, kuantum mekaniğinin önemli bir parçasıdır, çünkü klasik mekanikte gayet iyi işleyen "dalgalar" ve "parçacıklar" gibi kavramların yeterli olmadığı gerçeğini en iyi şekilde gösterir. bazı kuantum nesnelerinin davranışlarının açıklamaları.
Işığın ikili doğası, 1905'ten sonra Albert Einstein'ın ışığın davranışını parçacıklar olarak tanımlanan fotonları kullanarak tanımlamasıyla fizikte kabul gördü. Sonra Einstein, ışığı dalga davranışı olarak tanımlayan daha az ünlü özel göreliliği yayınladı.
İkili davranış sergileyen parçacıklar
En iyisi, dalga-parçacık ikiliği ilkesifotonların davranışında gözlemlenir. Bunlar ikili davranış sergileyen en hafif ve en küçük nesnelerdir. Temel parçacıklar, atomlar ve hatta moleküller gibi daha büyük nesneler arasında dalga-parçacık ikiliğinin öğeleri de gözlemlenebilir, ancak daha büyük nesneler aşırı kısa dalgalar gibi davranır, bu nedenle gözlemlenmeleri çok zordur. Genellikle klasik mekanikte kullanılan kavramlar, daha büyük veya makroskopik parçacıkların davranışını tanımlamak için yeterlidir.
Dalga-parçacık ikiliğinin kanıtı
İnsanlar yüzyıllardır, hatta binlerce yıldır ışığın ve maddenin doğası hakkında düşünüyorlar. Nispeten yakın zamana kadar fizikçiler, ışığın ve maddenin özelliklerinin açık olması gerektiğine inanıyorlardı: ışık, tıpkı madde gibi, Newton mekaniğinin yasalarına tamamen uyan bireysel parçacıklardan oluşan veya bir parçacık akışı olan bir parçacık akışı veya bir dalga olabilir. sürekli, ayrılmaz ortam.
Başlangıçta, modern zamanlarda, ışığın bireysel parçacıkların bir akışı olarak davranışı hakkındaki teori, yani cisimcik teorisi popülerdi. Newton'un kendisi buna bağlı kaldı. Ancak daha sonra Huygens, Fresnel ve Maxwell gibi fizikçiler ışığın bir dalga olduğu sonucuna vardılar. Elektromanyetik alanın salınımı ile ışığın davranışını açıkladılar ve bu durumda ışık ve maddenin etkileşimi klasik alan teorisinin açıklamasına girdi.
Ancak, yirminci yüzyılın başında fizikçiler, ne birinci ne de ikinci açıklamanın yapılamayacağı gerçeğiyle karşı karşıya kaldılar.çeşitli koşullar ve etkileşimler altında ışığın davranış alanını tamamen kapsar.
O zamandan beri, sayısız deney bazı parçacıkların davranışının ikiliğini kanıtladı. Bununla birlikte, kuantum nesnelerin özelliklerinin dalga-parçacık ikiliğinin ortaya çıkışı ve kabulü, ışığın davranışının doğası hakkındaki tartışmaya son veren ilk, en eski deneylerden özellikle etkilenmiştir.
Fotoelektrik etki: ışık parçacıklardan oluşur
Fotoelektrik etki olarak da adlandırılan fotoelektrik etki, ışığın (veya diğer herhangi bir elektromanyetik radyasyonun) madde ile etkileşimi sürecidir, bunun sonucunda ışık parçacıklarının enerjisi madde parçacıklarına aktarılır. Fotoelektrik etkinin incelenmesi sırasında, fotoelektronların davranışı klasik elektromanyetik teori ile açıklanamadı.
Heinrich Hertz, 1887'de elektrotlar üzerinde parlayan ultraviyole ışığın elektrik kıvılcımları oluşturma yeteneklerini artırdığını kaydetti. Einstein 1905'te fotoelektrik etkiyi, ışığın önce ışık kuantumu adını verdiği ve daha sonra onlara foton adını verdiği belirli kuantum bölümleri tarafından emilmesi ve yayılması gerçeğiyle açıkladı.
Robert Milliken'in 1921'de yaptığı bir deney, Einstein'ın yargısını doğruladı ve ikincisinin fotoelektrik etkiyi keşfettiği için Nobel Ödülü'nü almasına yol açtı ve Millikan'ın kendisi de temel parçacıklar üzerindeki çalışmaları nedeniyle 1923'te Nobel Ödülü'nü aldı. ve fotoelektrik etkinin incelenmesi.
Davisson-Jermer deneyi: ışık bir dalgadır
Davisson'ın deneyimi - Germer onayladıde Broglie'nin ışığın dalga-parçacık ikiliği hakkındaki hipotezi, kuantum mekaniğinin yasalarını formüle etmenin temelini oluşturdu.
Her iki fizikçi de tek bir nikel kristalinden elektronların yansımasını inceledi. Vakumda bulunan kurulum, belirli bir açıda bir nikel tek kristal zeminden oluşuyordu. Bir monokromatik elektron demeti, doğrudan kesme düzlemine dik olarak yönlendirildi.
Deneyler, yansıma sonucunda elektronların çok seçici bir şekilde dağıldığını, yani yansıyan tüm ışınlarda hız ve açılardan bağımsız olarak, maksimum ve minimum yoğunluk gözlemlendiğini göstermiştir. Böylece Davisson ve Germer, parçacıklarda dalga özelliklerinin varlığını deneysel olarak doğruladılar.
1948'de Sovyet fizikçi V. A. Fabrikant, dalga fonksiyonlarının yalnızca elektron akışında değil, aynı zamanda her elektronda ayrı ayrı var olduğunu deneysel olarak doğruladı.
Jung'un iki yarıkla yaptığı deney
Thomas Young'ın iki yarıkla yaptığı pratik deney, hem ışığın hem de maddenin hem dalgaların hem de parçacıkların özelliklerini sergileyebileceğinin bir kanıtıdır.
Jung'un deneyi, ilk kez 19. yüzyılın başında, hatta dualizm teorisinin ortaya çıkmasından önce gerçekleştirilmiş olmasına rağmen, dalga-parçacık ikiliğinin doğasını pratik olarak göstermektedir.
Deneyin özü şudur: bir ışık kaynağı (örneğin bir lazer ışını), iki paralel yarık yapılmış bir plakaya yönlendirilir. Yarıklardan geçen ışık, plakanın arkasındaki ekrana yansır.
Işığın dalga doğası, ışık dalgalarının yarıklardan geçmesine neden olur. Karıştırarak ekranda açık ve koyu çizgiler oluşturur, ışık tamamen parçacıklar gibi davransaydı gerçekleşmezdi. Bununla birlikte, ekran ışığı emer ve yansıtır ve fotoelektrik etki, ışığın cisimcik yapısının kanıtıdır.
Maddenin dalga-parçacık ikiliği nedir?
Maddenin ışıkla aynı dualitede davranıp davranamayacağı sorusunu de Broglie ele aldı. Belli koşullar altında ve deneye bağlı olarak sadece fotonların değil, elektronların da dalga-parçacık ikiliğini gösterebileceğine dair cesur bir hipotezi var. Broglie, olasılık dalgaları fikrini yalnızca ışık fotonlarının değil, aynı zamanda makropartiküllerin de 1924'te geliştirdi.
Hipotez Davisson-Germer deneyi kullanılarak ve Young'ın çift yarık deneyini (fotonlar yerine elektronlarla) tekrarlayarak kanıtlandığında, de Broglie Nobel Ödülü'nü (1929) aldı.
Doğru koşullar altında maddenin de klasik bir dalga gibi davranabileceği ortaya çıktı. Tabii ki, büyük nesneler o kadar kısa dalgalar yaratırlar ki onları gözlemlemek anlamsızdır, ancak atomlar ve hatta moleküller gibi daha küçük nesneler, pratik olarak dalga fonksiyonları üzerine inşa edilen kuantum mekaniği için çok önemli olan fark edilir bir dalga boyu sergiler.
Dalga-parçacık ikiliğinin anlamı
Dalga-parçacık ikiliği kavramının temel anlamı, elektromanyetik radyasyon ve maddenin davranışının bir diferansiyel denklem kullanılarak tanımlanabilmesidir.dalga fonksiyonunu temsil eder. Genellikle bu Schrödinger denklemidir. Gerçekliği dalga fonksiyonlarını kullanarak tanımlama yeteneği, kuantum mekaniğinin kalbinde yer alır.
Dalga-parçacık ikiliği nedir sorusuna verilen en yaygın cevap, dalga fonksiyonunun belli bir parçacığı belli bir yerde bulma olasılığını temsil etmesidir. Başka bir deyişle, bir parçacığın tahmin edilen bir konumda olma olasılığı onu bir dalga yapar, ancak fiziksel görünümü ve şekli değildir.
Dalga-parçacık ikiliği nedir?
Matematik, son derece karmaşık bir şekilde de olsa, diferansiyel denklemlere dayalı doğru tahminler yaparken, bu denklemlerin kuantum fiziği için anlamını anlamak ve açıklamak çok daha zordur. Dalga-parçacık ikiliğinin ne olduğunu açıklamaya yönelik bir girişim hala kuantum fiziğindeki tartışmanın merkezinde yer alıyor.
Dalga-parçacık ikiliğinin pratik önemi, herhangi bir fizikçinin gerçekliği çok ilginç bir şekilde algılamayı öğrenmesi gerektiği gerçeğinde yatmaktadır, çünkü hemen hemen her nesneyi olağan şekilde düşünmek artık yeterli bir algılama için yeterli değildir. gerçekliğin.
