Πώς λειτουργούν τα σωματίδια σε ένα κύμα;
Εδώ είναι μια κατανομή:
* σωματίδια: Σκεφτείτε πράγματα όπως ηλεκτρόνια, φωτόνια ή ακόμα και άτομα. Αυτές είναι διακριτές, εντοπισμένες οντότητες με μάζα (εκτός από τα φωτόνια).
* κύματα: Αυτές είναι διαταραχές που ταξιδεύουν στο χώρο και το χρόνο, που χαρακτηρίζονται από το μήκος κύματος τους (απόσταση μεταξύ κορυφών) και της συχνότητας (πόσο συχνά επαναλαμβάνουν).
Το πρόβλημα: Η κλασική φυσική που επεξεργάστηκαν σωματίδια και κύματα ως ξεχωριστά φαινόμενα. Ωστόσο, τα πειράματα στις αρχές του 20ού αιώνα έδειξαν ότι τα σωματίδια μπορούν να παρουσιάσουν συμπεριφορά που μοιάζει με κύμα και αντίστροφα.
Βασικά πειράματα:
* Πείραμα διπλής σχισμής Young: Όταν τα ηλεκτρόνια (ή τα φωτόνια) εκτοξεύονται σε μια διπλή σχισμή, δημιουργούν ένα μοτίβο παρεμβολής σε μια οθόνη πίσω από τις σχισμές, ακριβώς όπως κάνουν τα κύματα. Αυτό το μοτίβο είναι αδύνατο να εξηγηθεί εάν τα ηλεκτρόνια είναι απλά σωματίδια που ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές.
* Compton Scattering: Όταν τα φωτόνια συγκρούονται με ηλεκτρόνια, συμπεριφέρονται ως σωματίδια και μεταφέρουν ορμή στα ηλεκτρόνια, εξηγώντας την παρατηρούμενη αλλαγή στο μήκος κύματος.
Η ερμηνεία: Αυτή η δυαδικότητα σημαίνει ότι τα σωματίδια και τα κύματα δεν είναι ξεχωριστές οντότητες, αλλά δύο πτυχές της ίδιας θεμελιώδους πραγματικότητας.
Εδώ είναι πώς να το σκεφτείτε:
* Τα σωματίδια έχουν ιδιότητες τύπου κύματος: Τα σωματίδια μπορούν να περιγραφούν με κυματοειδείς λειτουργίες, οι οποίες είναι μαθηματικές αναπαραστάσεις της πιθανότητας να βρεθούν σε μια συγκεκριμένη θέση. Το μήκος κύματος αυτής της κυματομορφής σχετίζεται με την ορμή του σωματιδίου.
* Τα κύματα έχουν ιδιότητες τύπου σωματιδίων: Τα κύματα μπορούν να παρουσιάσουν ιδιότητες όπως η ενέργεια και η ορμή, οι οποίες συνήθως συνδέονται με σωματίδια.
Σημαντικά σημεία:
* Δεν είναι διπλή φύση, αλλά ενοποιημένη: Τα σωματίδια δεν είναι μερικές φορές κύματα και μερικές φορές σωματίδια. Είναι πάντα και οι δύο, αλλά οι πτυχές που μοιάζουν με κύματα ή σωματίδια γίνονται πιο εμφανείς ανάλογα με το πείραμα.
* Πιθανότητα και αβεβαιότητα: Η κυματομορφή περιγράφει την πιθανότητα εύρεσης ενός σωματιδίου σε μια συγκεκριμένη θέση. Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορούμε ταυτόχρονα να γνωρίζουμε τόσο τη θέση όσο και την ορμή ενός σωματιδίου με απόλυτη βεβαιότητα, μια αρχή γνωστή ως αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg.
Στην ουσία, η κβαντική μηχανική μας αναγκάζει να εγκαταλείψουμε την κλασσική άποψη των σωματιδίων και των κυμάτων ως ξεχωριστών οντοτήτων. Αντ 'αυτού, πρέπει να αγκαλιάσουμε την έννοια της δυαδικότητας των κυμάτων-σωματιδίων, όπου και οι δύο πτυχές είναι απαραίτητες για την πλήρη κατανόηση του σύμπαντος στις ατομικές και υποατομικές κλίμακες.
