Dvojnost valov in delcev

Sedanje stanje

S tem problemom so se ukvarjali Max Planck, Albert Einstein, Louis de Broglie, Arthur Compton in Niels Bohr. Sedanja znanstvena teorija pravi, da se vsi delci obnašajo kot valovi in kot delci. To je bilo preverjeno za elementarne delce in za sestavljene delce, kot so atomi in molekule. Pri makroskopskih delcih zaradi njihovih izjemno kratkih valovnih dolžin valovnih lastnosti običajno ni mogoče zaznati.

Eksperiment

Leta 1909 se je znanstvenik Geoffrey Taylor odločil, da bo enkrat za vselej rešil ta spor. Izposodil si je poskus, ki ga je prej izumil Thomas Young, pri katerem je svetloba švigala skozi dve majhni luknji tik druga ob drugi. Ko je skozi ti dve majhni luknjici posvetila močna svetloba, je nastala interferenčna slika, ki je dokazovala, da je svetloba pravzaprav valovanje.

Taylorjeva zamisel je bila, da bi svetlobo, ki prihaja iz lukenj, fotografiral s posebnim fotoaparatom, ki je bil nenavadno občutljiv na svetlobo. Ko je skozi luknjice posvetila svetla svetloba, je fotografija pokazala interferenčni vzorec, kot ga je prej pokazal Young. Taylor je nato zmanjšal svetlobo na zelo šibko raven. Ko je bila svetloba dovolj šibka, so Taylorjeve fotografije pokazale drobne točke svetlobe, ki so se razpršile iz lukenj. To je dokazovalo, da je svetloba pravzaprav delec. Če je Taylor pustil, da je šibka svetloba dovolj dolgo sijala skozi luknjice, so pike sčasoma zapolnile fotografijo in ponovno ustvarile interferenčni vzorec. To je pokazalo, da je svetloba na nek način tako valovanje kot delec.

Louis de Broglie je predlagal, da bi se lahko enako obnašala tudi materija, kar je še bolj zmedlo. Znanstveniki so nato iste poskuse izvedli z elektroni in ugotovili, da so tudi elektroni nekako delci in valovi. Z elektroni lahko izvedemo Youngov poskus z dvojno režo.

Danes je te poskuse na različne načine izvedlo že toliko različnih ljudi, da znanstveniki preprosto priznavajo, da sta tako snov kot svetloba nekako valovanje in delci. Znanstveniki še vedno ne vedo, kako je to mogoče, vendar so povsem prepričani, da to mora biti res. Čeprav se zdi nemogoče razumeti, kako je lahko kar koli hkrati valovanje in delec, imajo znanstveniki na voljo številne enačbe za opis teh stvari, ki imajo spremenljivke za valovno dolžino (lastnost valovanja) in gibanje (lastnost delca). Ta navidezna nemogočost se imenuje dvojnost valov in delcev.

Osnovna teorija

Dvojnost valov in delcev pomeni, da imajo vsi delci tako valovne kot tudi delčne lastnosti. To je osrednji koncept kvantne mehanike. Klasični pojmi, kot sta "delec" in "valovanje", ne opisujejo v celoti obnašanja predmetov na kvantni ravni.

Delci kot valovi

Elektron ima valovno dolžino, ki se imenuje "de Brogliejeva valovna dolžina". Izračunamo jo lahko z enačbo

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

λ D {\displaystyle \lambda _{D}} je de Brogliejeva valovna dolžina.

h {\displaystyle h} je Planckova konstanta

ρ {\displaystyle \rho } je navor delca.

Tako je nastala zamisel, da imajo elektroni v atomih vzorec stoječega valovanja.

Valovi kot delci

Fotoelektrični učinek kaže, da lahko svetlobni foton, ki ima dovolj energije (dovolj visoko frekvenco), povzroči sprostitev elektrona s površine kovine. Elektroni se v tem primeru imenujejo fotoelektroni.

Sorodne strani

• Max Planck
• Kvantna mehanika