Принцип на двојна природа на брана и честичка

Со развојот на Фотоелектричниот ефект, Кромптоновиот ефект и Боровата атомска модель, идејата дека светлината или всушност радијациите во општо, се состојат од честички или дискретни Квантуми почнува да добива широка популарност.
Меѓутоа, веќе утврден Хугенсов принцип и резултатите од Енгловите експерименти со двојна џаба јасно го покажаа дека светлината е талас и не е поток честички.

Забележливата интерференција шема набљудена со пропуштање на светлина низ двојна џаба сигурно беше резултат на талашка природа на светлината. Ова повторно донесе кон контроверзата за природата на светлината. Во 1704 година, Њутон исто така предложи честична природа на светлината со својата корпускуларна теорија.

Ниту една од двете теории не беше доволно адекватна за да ги објасни сите феномени поврзани со светлината. Затоа, научниците почнаа да заклучуваат дека светлината има и талашка и честична природа. Во 1924 година, францускиот физичар Луј де Бројли дојде со теорија. Тие предложи дека сите честички во овој универзум имаат и талашка природа, тоа е, секоја ствар во овој свет, дали мал фотон или голем слон, сите имаат поврзан талас со себе, различна работа е дека талашката природа е забележлива или не. Тој им присвои талашка должина на секој материјал со маса m и моментум p како

Каде, h е Планковата константа и p = mv, v е брзината на телото.

Така, поради големата маса на слонот, тој има многу значаен моментум и затоа многу мала талашка должина, која не можеме да забележиме. Меѓутоа, малите честички како електрони, имаат многу мала маса и затоа многу забележлива талашка должина или талашка природа. Оваа теорија на де Бројли ни помага и да објасниме дискретното постојание на орбити во Боровата атомска модель. Електронот ќе постои во орбита ако неговата должина е целобројна множител на неговата природна талашка должина, ако не може да заврши својата талашка должина, тогаш таа орбита нема да постои.

Додатни развои од Девисон и Гермер на дифракцијата на електрони од кристал и слична интерференција шема добиена после бомбардирање на двојна џаба со електрони ја јачаа теоријата на де Бројли за талашки честички или талашка-честичка дуалност.

Комптонов ефект

Во фотоелектричниот ефект, светлината пада на метал во формата на зрачна честичка наречена фотон. Енергијата на еден фотон доприначи за работна функција на еден електрон и исто така му пружа кинетичка енергија. Овие фотони се честички карактеристики на светлински талас. Сир Алберт Ајнштајн предложи дека светлината е колективен ефект на голем број на енергетски пакети наречени фотони, каде секој фотон содржи енергија на hf. Каде h е Планковата константа, а f е фреквенцијата на светлината. Ова е честичка карактеристика на светлински талас. Честичката карактеристика на светлински талас или други електромагнетски таласи може да се објасни со Комптонов ефект.

Во овој експеримент, еден X-зрачен луч со фреквенција fo и талашка должина λo бил инцидентен на електрон. После удара на електронот со инцидентниот X-зрачниот луч, се открило дека електронот и инцидентниот X-зрачниот луч се расипаат под два различни агли спрема оската на инцидентниот X-зрачен луч. Овој удар следи принципот на зачувување на енергијата, како и ударот на Нютновите честички. Откриено беше дека после удара, електронот се забрза во одредена насока, а инцидентниот X-зрачен луч се дифрактира во друга насока и исто така се забележа дека дифрактираната зрачка има различна фреквенција и талашка должина од инцидентниот X-зрачен луч. Бидејќи енергијата на фотонот варира со фреквенцијата, може да се заклучи дека инцидентниот X-зрачен луч губи енергија во удари и фреквенцијата на дифрактираната зрачка веднаш е помала од инцидентниот X-зрачен луч. Ова изгубена енергија на X-зрачниот фотон доприначи за кинетичката енергија на движењето на електронот. Овој удар на X-зрачниот луч или неговиот фотон и електрон е сличен на ударот на Нютновите честички како билардни топчиња.

Енергијата на фотонот е дадена од

Затоа, моментумот на фотонот може да се докаже како

Што може да се запише како,

Од равенката (1) може да се заклучи дека електромагнетскиот талас со талашка должина λ ќе има фотон со моментум p.
Од равенката (2) може да се заклучи дека честичка со моментум p е поврзана со талашка должина λ. Тоа значи дека таласот има честички карактеристики, честичката на движење исто така покажува талашки карактеристики.

Како што веќе рековме, овој заклучок првично беше направен од Де Бројли и затоа ова е познато како хипотеза на Де Бројли. Бидејќи талашката должина на движењето на честичката е изразена како

Каде, p е моментум, h е Планковата константа и талашката должина λ е наречена талашка должина на Де Бројли. Де Бројли објасни дека, како што електроните орбитираат околу јадрото, тоа исто така ќе има и талашки карактеристики заедно со нивните честички карактеристики.

Експеримент на Девисон и Гермер

Талашката природа на електроните може да се докаже и утврди на многу различни начини, но најпопуларниот експеримент е експериментот на Девисон и Гермер во 1927 година. Во овој експеримент, тие користеле зрачна честичка на акцелерирани електрони кои обично падаат на површината на блок од никел. Тие набљудувале шемата на расипани електрони после падање на никеловиот блок. За оваа цел, тие користеле детектор на густината на електроните. Иако се очекуваше дека електроните треба да се расипаат после удара под различен агол спрема оската на инцидентниот електронски зрачен луч, во реалниот експеримент се открило дека густината на расипаните електрони беше поголема под одредени агли од други. Оваа аголна дистрибуција на расипаните електрони е многу слична на интерференција од дифракцијата на светлината. Затоа, овој експеримент јасно покажува постојанието на талашка-честичка дуалност на електроните. Истиот принцип може да се применува и на протоните и неутроните.

Изјава: Почит на оригиналот, добри статьи се заслужни за делење, ако постои нарушување на авторските права се моли да се избрише.