Hullám-részecske kettősség
A hullám-részecske kettősség talán az egyik legzavaróbb fogalom a fizikában, mert annyira nem hasonlít semmihez, amit a hétköznapi világban látunk.
A fényt az 1700-as és 1800-as években tanulmányozó fizikusok vitatkoztak arról, hogy a fény részecskékből vagy hullámokból áll-e. Úgy tűnik, a fény mindkettő. Időnként úgy tűnik, hogy a fény csak egyenes vonalban halad, mintha részecskékből állna. Más kísérletek azonban azt mutatják, hogy a fénynek frekvenciája és hullámhossza van, akárcsak a hanghullámnak vagy a vízhullámnak. A 20. századig a legtöbb fizikus úgy gondolta, hogy a fény vagy az egyik, vagy a másik, és hogy a másik oldalon álló tudósok egyszerűen tévednek.
Jelenlegi helyzet
Max Planck, Albert Einstein, Louis de Broglie, Arthur Compton, Niels Bohr dolgozott ezen a problémán. A jelenlegi tudományos elmélet szerint minden részecske hullámként és részecskeként is viselkedik. Ezt az elemi részecskékre és az összetett részecskékre, például az atomokra és a molekulákra vonatkozóan igazolták. A makroszkopikus részecskék esetében a hullámtulajdonságok rendkívül rövid hullámhosszuk miatt általában nem mutathatók ki.
Kísérlet
1909-ben egy Geoffrey Taylor nevű tudós úgy döntött, hogy egyszer s mindenkorra eldönti ezt a vitát. Kölcsönvett egy korábban Thomas Young által kitalált kísérletet, amelyben a fényt két egymás mellett lévő kis lyukon keresztül világították át. Amikor fényes fényt engedtek át ezen a két kis lyukon, interferenciamintázatot hoztak létre, ami azt látszott bizonyítani, hogy a fény valójában hullám.
Taylor ötlete az volt, hogy egy speciális, a fényre szokatlanul érzékeny kamerával lefényképezi a lyukakból kilépő fényt. Amikor a lyukakon keresztül erős fényt bocsátottak ki, a fényképen interferenciamintázatot mutatott, ahogyan azt Young korábban megmutatta. Taylor ezután a fényt nagyon gyengére állította. Amikor a fény elég halvány volt, Taylor fotói apró fénypontokat mutattak, amelyek a lyukakból szóródtak ki. Ez azt látszott mutatni, hogy a fény valójában részecske. Ha Taylor elég sokáig hagyta, hogy a halvány fény a lyukakon keresztül világítson, a pontok végül kitöltötték a fényképet, és ismét interferenciamintát alkottak. Ez azt bizonyította, hogy a fény valahogy egyszerre hullám és részecske.
Hogy a dolgok még zavarosabbá váljanak, Louis de Broglie felvetette, hogy az anyag is ugyanígy viselkedhet. A tudósok aztán ugyanezeket a kísérleteket elektronokkal is elvégezték, és megállapították, hogy az elektronok is valahogyan egyszerre részecskék és hullámok. Az elektronokkal elvégezhető a Young-féle kettős rés-kísérlet.
Ma már annyi különböző ember végezte el ezeket a kísérleteket, hogy a tudósok egyszerűen elfogadják, hogy mind az anyag, mind a fény valamilyen módon hullám és részecske. A tudósok még mindig nem tudják, hogy ez hogyan lehetséges, de egészen biztosak benne, hogy igaznak kell lennie. Bár lehetetlennek tűnik megérteni, hogyan lehet valami egyszerre hullám és részecske, a tudósoknak számos egyenletük van e dolgok leírására, amelyekben a hullámhossz (hullámtulajdonság) és az impulzus (részecsketulajdonság) változói is szerepelnek. Ezt a látszólagos lehetetlenséget hullám-részecske kettősségnek nevezik.
Alapvető elmélet
A hullám-részecske dualizmus azt jelenti, hogy minden részecske hullám- és részecske tulajdonságokkal egyaránt rendelkezik. Ez a kvantummechanika egyik központi fogalma. Az olyan klasszikus fogalmak, mint a "részecske" és a "hullám", nem írják le teljes mértékben a kvantumméretű objektumok viselkedését.
A részecskék mint hullámok
Az elektron hullámhosszát "de Broglie-hullámhossznak" nevezik. Ez az egyenlet segítségével számítható ki
λ D = h ρ {\displaystyle \lambda _{D}={\frac {h}{\rho }}} 
λ D {\displaystyle \lambda _{D}}
a de Broglie hullámhossz.
h {\displaystyle h}
a Planck-állandó
ρ {\displaystyle \rho }
a részecske impulzusa.
Ebből született az az elképzelés, hogy az atomokban lévő elektronok állóhullám mintázatot mutatnak.
Hullámok mint részecskék
A fotoelektromos hatás azt mutatja, hogy egy fényfoton, amely elég energiával rendelkezik (elég magas frekvenciával), képes egy elektron felszabadulását okozni egy fém felületéről. Az elektronokat ebben az esetben fotoelektronoknak nevezhetjük.
Kapcsolódó oldalak
- Max Planck
- Kvantummechanika
