Prinsipyong Dualidad ng Bawang at Partikulo

Sa pag-unlad ng Photoelectric effect, Crompton’s effect, at Bohr’s model of atom, ang ideya na ang liwanag o sa katunayan ang mga radiasyon sa pangkalahatan, ay binubuo ng mga partikulo o diskretong Quanta ay naging malawak na sikat. Gayunpaman, ang napakahalagang Prinsipyong Huygen’s at ang mga resulta ng eksperimento ni Young sa double slit ay nagpahiwatig na ang liwanag ay isang alon at hindi isang daloy ng mga partikulo.

Ang nakikita nitong pattern ng interference sa pagpapasa ng liwanag sa pamamagitan ng double slits ay talagang isang resulta ng wave nature ng liwanag. Ito muli ay nagbigay daan sa kontrobersiya tungkol sa natura ng liwanag. Noong 1704, inihandog din ni Newton ang particle nature ng liwanag sa kanyang corpuscular theory.

Walang anuman sa dalawang teorya ang sapat para ipaliwanag ang lahat ng mga phenomena na may kaugnayan sa liwanag. Kaya naman, nagsimulang masiyasatin ng mga siyentipiko na ang liwanag ay may parehong wave at particle nature. Noong 1924, isang French physicist na si Louis de Broglie ay naghandog ng isang teorya. Inihandog niya na ang lahat ng mga partikulo sa uniberso ay may kaugnayan sa wave nature din, ibig sabihin, lahat ng bagay sa mundo, mula sa maliit na photon hanggang sa malaking elepante, lahat ay may kasamang alon, iba lang ang materya kung makikita o hindi. Ibinigay niya ang wavelength sa bawat matter na may masa m at momentum p bilang

Kung saan, h ang Planck constant at p = mv, v ang velocity ng katawan.

Dahil sa malaking masa ng elepante, ito ay may napaka-significant na momentum at kaya may napakaliit na wavelength, na hindi natin napapansin. Gayunpaman, ang maliit na mga partikulo tulad ng elektron, etc. ay may napakaliit na masa at kaya may napakataas na noticeable na wavelength o wave nature. Ang teorya ni de Broglie na ito ay tumutulong rin sa amin upang ipaliwanag ang discrete existence ng mga orbit sa Bohr’s model of atom. Ang isang elektron ay magaganap sa isang orbit kung ang haba nito ay pantay sa integral multiple ng natural wavelength nito, kung hindi ito makumpleto ang wavelength nito, wala ang orbit na iyon.

Ang mga pag-unlad pa sa pamamagitan ni Davisson at Germer ng electron diffraction mula sa isang crystal at ang isang katulad na interference pattern na nakuha pagkatapos ng bombardment ng double slit ng mga elektron ay sumigla sa teorya ng matter wave ni de Broglie o ang wave particle duality theory.

Compton Effect

Sa photoelectric effect, ang liwanag ay tumatama sa isang metal sa anyo ng beam ng mga partikulo na tinatawag na photons. Ang enerhiya ng isang photon ay nagbibigay ng work function energy ng isang elektron at nagbibigay rin ng kinetic energy sa emitted na elektron. Ang mga photons na ito ay ang particle-like behavior ng light wave. Si Sir Albert Einstein ang nagpropose na ang liwanag ay ang collective effect ng malaking bilang ng mga energy packets na tinatawag na photon kung saan ang bawat photon ay naglalaman ng enerhiya ng hf. Kung saan h ang Planck constant at f ang frequency ng liwanag. Ito ang particle-like behavior ng light wave. Ang particle-like behavior ng light-wave o iba pang electromagnetic wave ay maaaring ipaliwanag ng Compton effect.

Sa eksperimentong ito, isang x ray beam na may frequency fo at wavelength λo ay incident sa isang elektron. Pagkatapos tamaan ng incident x-ray ang elektron, natuklasan na ang elektron at ang incident x-ray ay scattered sa dalawang iba't ibang anggulo sa relasyon sa axis ng incident x-ray. Ang collision na ito ay sumunod sa principle ng energy conservation tulad ng collision ng Newtonian’s particles. Natuklasan na pagkatapos ng collision, ang elektron ay nabago ang direksyon at ang incident x-ray ay diffracted sa isa pang direksyon at natuklasan din na ang diffracted ray ay may ibang frequency at wavelength kaysa sa incident x-ray. Dahil ang enerhiya ng photon ay nagbabago depende sa frequency, maaari nating masabi na ang incident x-ray ay nawalan ng enerhiya sa panahon ng collision at ang frequency ng diffracted ray ay laging mas mababa kaysa sa incident x-ray. Ang nawalang enerhiya ng x-ray photon ay nagbibigay ng kinetic energy para sa paggalaw ng elektron. Ang collision ng x-ray o ng photon nito at elektron ay parang sa Newtonian’s particles tulad ng Billboard balls.

Ang enerhiya ng photon ay ibinibigay ng

Kaya ang momentum ng photon ay maaaring patunayan bilang

Na maaaring isulat bilang,

Mula sa equation (1), maaaring masabi na ang electromagnetic wave na may wavelength λ ay may photon na may momentum p.
Mula sa equation (2), maaaring masabi na ang partikulo na may momentum p ay may kaugnayan sa wavelength λ. Ibig sabihin, ang alon ay may katangiang partikulo, at ang partikulo sa paggalaw ay nagpapakita rin ng katangiang alon.

Tulad ng sinabi namin, ang konklusyon na ito ay unang inilathala ni De Broglie at kaya ito ang kilala bilang De Broglie hypothesis. Dahil ang wavelength ng moving particle ay inilalarawan bilang

Kung saan, p ang momentum, h ang Planck constant, at wavelength λ ang tinatawag na De Broglie’s wavelength. Ipinaliwanag ni De Broglie na habang ang mga elektron ay umikot sa paligid ng nucleus, ito ay may wave-like behavior kasama ang particle-like characteristics nito.

Divission and Germer Experiment

Ang wave nature ng elektron ay maaaring mapatunayan at itatag sa maraming iba't ibang paraan, ngunit ang pinakapopular na eksperimento ay ang Divission and Germer noong taong 1927. Sa eksperimentong ito, ginamit nila ang beam ng accelerated electrons na normal na tumatama sa surface ng isang nickel block. Naitala nila ang pattern ng scattered electrons pagkatapos tumama sa nickel block. Ginamit nila ang electron density monitor para sa layuning ito. Bagama't inaasahan na ang elektron ay dapat scattered pagkatapos ng collision sa iba't ibang anggulo sa relasyon sa axis ng incident electron beam, sa aktwal na eksperimento, natuklasan na ang densidad ng scattered electrons ay mas mataas sa partikular na mga anggulo kaysa sa iba. Ang angular distribution ng scattered electrons na ito ay napakapareho sa interference ng light diffraction. Kaya ang eksperimentong ito ay malinaw na nagpapakita ng pagkakaroon ng wave particle duality ng mga elektron. Ang parehong prinsipyo ay maaaring ilapat sa proton at neutrons din.

Pahayag: Igalang ang orihinal, mga magagandang artikulo na karapat-dapat na i-share, kung may infringement pakiusap kontakin upang tanggalin.