Πότε συμπεριφέρεται ένα φωτόνιο σαν κύμα και πότε το σωματίδιο;

Δεν είναι αρκετά ακριβές να πούμε ότι ένα φωτόνιο συμπεριφέρεται * είτε * ως κύμα * είτε * ως σωματίδιο. Η αλήθεια είναι πιο λεπτή: Τα φωτόνια παρουσιάζουν τόσο ιδιότητες που μοιάζουν με κύμα όσο και από σωματίδια ταυτόχρονα . Αυτή είναι η ουσία της δυαδικότητας των κυμάτων-σωματιδίων, μιας θεμελιώδους έννοιας στην κβαντική μηχανική.

Εδώ είναι μια κατανομή:

Όταν τα φωτόνια εμφανίζουν συμπεριφορά που μοιάζει με κύματα:

* περίθλαση και παρεμβολή: Τα φωτόνια, όπως τα κύματα, μπορούν να διαθλούν (κάμψη γύρω από τις γωνίες) και να παρεμβαίνουν (δημιουργώντας πρότυπα εποικοδομητικής και καταστροφικής παρεμβολής) όταν περνούν από στενές σχισμές ή αντιμετωπίζουν εμπόδια. Αυτό είναι εμφανές σε πειράματα όπως το πείραμα διπλής σχισμής.

* πόλωση: Τα φωτόνια μπορούν να πολωθούν, πράγμα που σημαίνει ότι το ηλεκτρικό πεδίο τους ταλαντεύεται σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Αυτή είναι μια ιδιότητα των κυμάτων.

* Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα: Τα διαφορετικά χρώματα του φωτός οφείλονται σε παραλλαγές στο μήκος κύματος (και επομένως συχνότητα) φωτονίων, όπως τα διαφορετικά μήκη κύματος ενός κύματος.

Όταν τα φωτόνια εμφανίζουν συμπεριφορά που μοιάζει με σωματίδια:

* φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα: Τα φωτόνια μπορούν να εξαφανίσουν ηλεκτρόνια από μια μεταλλική επιφάνεια, μια διαδικασία γνωστή ως φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα. Η ενέργεια ενός μόνο φωτονίου καθορίζει αν μπορεί να εκτοξεύσει ένα ηλεκτρόνιο και αυτή η ενέργεια κβαντοποιείται, πράγμα που σημαίνει ότι έρχεται σε διακριτά πακέτα. Πρόκειται για μια ιδιότητα που μοιάζει με σωματίδια.

* Compton Scattering: Όταν τα φωτόνια συγκρούονται με ηλεκτρόνια, μπορούν να μεταφέρουν μέρος της ενέργειας τους στο ηλεκτρόνιο, προκαλώντας το φωτόνιο να αλλάξει την κατεύθυνση και να χάσει ενέργεια. Αυτή η συμπεριφορά σκέδασης είναι σύμφωνη με τις συγκρούσεις σωματιδίων.

* Light Quanta: Τα φωτόνια είναι τα θεμελιώδη ποσοστά του φωτός, που σημαίνει ότι είναι οι μικρότερες αδιαίρετες μονάδες ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Το Takeaway:

Τα φωτόνια δεν είναι μικρές μπάλες που πετούν γύρω σαν σφαίρες ούτε είναι συνεχώς κύματα που εξαπλώνονται σαν κυματισμούς. Αντ 'αυτού, είναι κβαντικές οντότητες που παρουσιάζουν τόσο συμπεριφορά που μοιάζει με κύμα όσο και με σωματίδια ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο παρατηρούνται ή αλληλεπιδρούν με την ύλη. Δεν είναι θέμα επιλογής του ενός ή του άλλου. Αντίθετα, τα φωτόνια παρουσιάζουν και τις δύο πτυχές της φύσης τους ταυτόχρονα.

Η δυαδικότητα των φωτόνων κυμάτων-σωματιδίων είναι μια συναρπαστική και θεμελιώδη έννοια στη φυσική, που απεικονίζει τους περιορισμούς της καθημερινής μας διαίσθησης στην κατανόηση του κβαντικού κόσμου.