Толқын-частица екіліктігі принципі

Фотоэффектпен, Кромптон эффекті мен Бор атомдың модельінің дамуымен, жарық немесе жалпы түрде радиацияның частикалардан немесе дискретті Кванттардан тұратыны идеясы кең тарады.
Осымен қатар, Хюйгенс принципі және Жанг екі шығыстағы эксперименттердің нәтижелері жарықтың толқыны болып, частикалық ағым емесін көрсетті.

Екі шығыстағы жарықты өткізгендегі көрінетін көбейту орындарының интерференциялық паттернизі жарықтың толқындық қасиетінің нәтижесі болып табылады. Бұл да жарықтың қасиеті туындаған басқа бір қиындықты қалыптады. 1704 жылы Ньютон корпускулярлық теориясы арқылы жарықтың частикалық қасиетін ұсынған.

Екеуінің де теориялары жарыққа байланысты барлық феномендерді түсіндіру үшін жеткіліксіз болды. Сондықтан ғалымдар жарықтың толқындық және частикалық қасиеттері бар екеніне қорытынды жасады. 1924 жылы Франция физигі Луи де Бройль бір теория ұсынды. Ол әлемдегі барлық частикалардың толқындық қасиеті бар екенін, яғни әлемдегі кішкентай фотоннан қараңғы елестерге дейін, барлық нәрселердің өзімен байланысты толқыны бар, ол толқындық қасиеті көрінетін немесе көрінетін емес деп ұсынды. Ол массасы m және импульсі p болатын әрбір затқа толқындың ұзындығын тағайындады:

Мұнда h - Планк тұрақтысы, p = mv, v - дененің жылдамдығы.

Сондықтан қараңғы елестің өте үлкен массасына байланысты оның өте маңызды импульсы бар, сондықтан оның өте кішкентай толқыны ұзындығы бар, оны біз көре алмаймыз. Бірақ электрон сияқты кішкентай частикалардың өте кішкентай массасы бар, сондықтан олардың өте көрінетін толқыны ұзындығы немесе толқындық қасиеті бар. Де Бройль теориясы Бор атомдың модельінде орбиталардың дискретті болуын түсіндіруде мүмкіндік береді. Электрон орбитада болады, егер оның ұзындығы өзінің табиғатты толқыны ұзындығының бүтін көбейтіндісіне тең болса, егер ол өзінің толқыны ұзындығын аяқта алмаса, онда сол орбита болмайды.

Дэвиссон және Гермер таңбалы құрылымдан электрондың дифракциясы және электрондармен екі шығысқа бомбардировка жасау арқылы алынған ұқсас интерференциялық паттерн де Бройль материялық толқын теориясын немесе толқын-частикалық двойственность теориясын күшейтті.

Комптон эффекті

Фотоэффектте жарық фотон деп аталатын частикалардың пучок ретінде металлға түскен. Бір фотондың энергиясы бір электрондың жұмыс функциясының энергиясына қосылып, оның кинетикалық энергиясына қосылады. Бұл фотондар жарық толқынының частикалық қасиеті. Сэр Альберт Эйнштейн жарықтың әрбір фотонда hf энергиясы бар болатын үлкен санының энергиялық пакеттерінің жалпы әсері деп ұсынған. Мұнда h - Планк тұрақтысы, f - жарықтың дауыл саны. Бұл жарық толқынының частикалық қасиеті. Жарық толқынының немесе басқа электромагниттік толқындардың частикалық қасиеті Комптон эффекті арқылы түсіндірілетін.

Бұл экспериментте, fo дауыл саны және λo толқыны ұзындығы бар X-сезімі электронға түсті. X-сезімі электронға түскенден кейін, электрон және X-сезімі екі әртүрлі бұрыштарда инцидентті X-сезімінің осіне қарағанда жарылды. Бұл сүйкістің энергиясын сақтайтын принцип Ньютондық частикалардың сүйкісінің сияқты болды. Сүйкісінен кейін электрон белгілі бір бағытта үдеу алды, ал инцидентті X-сезімі басқа бағытта дифракцияланып, дифракцияланған сезімде инцидентті X-сезімінен әртүрлі дауыл саны және толқыны ұзындығы болды. Фотондың энергиясы дауыл санымен өзгеретінін ескерсек, инцидентті X-сезімі сүйкісінде энергия жоғалтып, дифракцияланған сезімдегі дауыл саны инцидентті X-сезімінің дауыл санынан кем болады. Бұл X-сезімі фотондың жоғалған энергиясы электрондың қозғалуына қосылатын кинетикалық энергияға қосылады. X-сезімі немесе фотон және электрондың сүйкісі Ньютондық частикалар сияқты болады, мысалы, биллиард топтары.

Фотондың энергиясы:

Сондықтан фотондың импульсы:

Бұл мынаған тең:

(1) теңдеуінен, λ ұзындығы бар электромагниттік толқын p импульсы бар фотонға ие болады.
(2) теңдеуінен, p импульсы бар частиканың λ ұзындығы бар толқынға ие болады. Бұл толқындың частикалық қасиеті, частиканың қозғалуында толқындық қасиеті көрінетінін көрсетеді.

Біз бұрын айтқандай, бұл қорытындын бірінші де Бройль жасады, сондықтан бұл де Бройль гипотезасы деп аталады. Қозғалыс жасайтын частиканың толқыны ұзындығы:

Мұнда, p - импульс, h - Планк тұрақтысы, λ - де Бройль толқыны ұзындығы деп аталады. Де Бройль түсіндіреді, электрондар ядроның айналуында өзінің частикалық қасиеттерімен бірге толқындық қасиеттері де бар.

Дэвиссон және Гермер эксперименті

Электрондың толқындық қасиеті бірнеше әдістермен дәлелдене алады, бірақ ең популярлық Дэвиссон және Гермер 1927 жылы іске асырған эксперименті. Бұл экспериментте олар никель блокқа түсуге даярланған электрондардың пучогын қолданды. Олар никель блокқа түскен соң электрондардың жарылған паттернін қадағалауды қолданды. Олар үшін электрондың тығыздығын қадағалау құрылғысын қолданды. Инцидентті электрондар пучогының осіне қарағанда әртүрлі бұрыштарда электрондар жарылғаны күтілген, бірақ нақты экспериментте жарылған электрондардың тығыздығы әртүрлі бұрыштарда басқаға қарағанда көбірек болған. Жарылған электрондардың бұрыштық таралуы жарық дифракциясының интерференциясына ұқсас болды. Сондықтан бұл эксперимент электрондардың толқын-частикалық двойственностинің бар екенін көрсетеді. Осы принцип протондар мен нейтрондарға да қолданылады.

Ескерту: Оригиналды сыйлаңыз, бөлісу үшін жақсы мақалалар, егер автордық құқықтарды бұзылуы болса, өшіру үшін хабарласыңыз.