Dalga Parçacık İkiliği ve Nasıl Çalışır?

Dalga-parçacık ikilik prensibi kuantum fiziği madde ve ışığın deneyin koşullarına bağlı olarak hem dalgaların hem de parçacıkların davranışlarını sergilediğini iddia eder. Bu karmaşık bir konudur, ancak fizikteki en ilgi çekici konular arasındadır.

1600'lerde Christiaan Huygens ve Isaac Newton ışığın davranışı için rakip teoriler önerdi. Huygens, bir ışık dalgası teorisi önerdi, Newton ise bir "ceset" (parçacık) ışık teorisi idi. Huygens'in teorisinin eşleşen gözlemde bazı sorunları vardı ve Newton'un prestiji teorisine destek sağlamaya yardımcı oldu, bu yüzden bir yüzyılı aşkın bir süredir Newton teorisi baskındı.

On dokuzuncu yüzyılın başlarında, bedensel ışık teorisi için komplikasyonlar ortaya çıktı. Kırınım bir kere, yeterince açıklamakta güçlük çektiği gözlemlenmiştir. Thomas Young'ın çift yarık deneyi net dalga davranışı ile sonuçlandı ve Newton'un parçacık teorisi üzerindeki ışık dalga teorisini sıkı bir şekilde desteklediği görülüyordu.

Bir dalga genellikle bir tür ortam içinde yayılmalıdır. Huygens tarafından önerilen ortam

Dalga teorisiyle ilgili sorun, böyle bir eterin bulunamamasıydı. Sadece bu değil, 1720'de James Bradley'in yıldız sapmasında astronomik gözlemler, eterin hareketli bir Dünya'ya göre sabit olması gerektiğini gösterdi. 1800'lü yıllar boyunca, eteri veya hareketini doğrudan ünlü olarak doruğa ulaşarak tespit etme girişimleri yapıldı. Michelson-Morley deneyi. Hepsi eteri tespit edemedi ve yirminci yüzyıl başladığında büyük bir tartışmaya yol açtı. Işık bir dalga mıydı yoksa bir parçacık mıydı?

1905'te, Albert Einstein açıklamak için makalesini yayınladı fotoelektrik etkibu da ışığın ayrı enerji demetleri olarak hareket ettiğini öne sürdü. Bir foton içinde bulunan enerji ışığın frekansı ile ilgiliydi. Bu teori, foton teorisi (foton kelimesi yıllar sonrasına kadar üretilmemiş olmasına rağmen).

Fotonlarda, eter yayılma aracı olarak artık gerekli değildi, ancak yine de dalga davranışının neden gözlemlendiğinin garip paradoksunu bıraktı. Çift yarık deneyinin kuantum varyasyonları ve Compton etkisi parçacık yorumunu doğrulamış gibi görünüyordu.

Deneyler yapıldıkça ve kanıtlar toplandıkça, sonuçlar hızla netleşti ve endişe verici oldu:

Işık, deneyin nasıl yapıldığına ve gözlemlerin ne zaman yapıldığına bağlı olarak hem parçacık hem de dalga olarak işlev görür.

Böyle bir ikilikin maddede de ortaya çıkıp çıkmadığı sorusu, cesurca ele alındı. de Broglie hipoteziEinstein'ın maddenin gözlenen dalga boyunu momentumuyla ilişkilendirme çalışmalarını genişletti. Deneyler 1927'de hipotezi doğruladı ve 1929 Nobel Ödülü aldı. de Broglie.

Tıpkı ışık gibi, maddenin doğru koşullar altında hem dalga hem de parçacık özelliklerini sergilediği görülüyordu. Açıkçası, büyük nesneler çok küçük dalga boyları sergilerler, aslında o kadar küçüktür ki, onları dalga şeklinde düşünmek oldukça anlamsızdır. Ancak küçük nesneler için, dalga boyu, elektronlarla yapılan çift yarık deneyi ile kanıtlandığı gibi gözlemlenebilir ve önemli olabilir.

Dalga-parçacık ikililiğinin en büyük önemi, ışığın ve maddenin tüm davranışlarının dalga biçimini temsil eden bir diferansiyel denklemin, genellikle... Schrodinger denklemi. Gerçekliği dalgalar şeklinde tanımlama yeteneği kuantum mekaniğinin kalbindedir.

En yaygın yorumlama, dalga fonksiyonunun belirli bir noktada belirli bir parçacığı bulma olasılığını temsil etmesidir. Bu olasılık denklemleri kırılabilir, karışabilir ve diğer dalga benzeri özellikleri gösterebilir, bu da bu özellikleri de gösteren nihai olasılıksal dalga fonksiyonu ile sonuçlanabilir. Partiküller olasılık yasalarına göre dağıtılır ve bu nedenle dalga özellikleri. Başka bir deyişle, bir parçacığın herhangi bir yerde olma olasılığı bir dalgadır, ancak parçacığın gerçek fiziksel görünümü değildir.

Matematik, karmaşık olsa da, doğru tahminlerde bulunurken, bu denklemlerin fiziksel anlamını kavramak çok daha zordur. Dalga-parçacık dualitesinin "gerçekte" ne anlama geldiğini açıklama girişimi, kuantum fiziğinde önemli bir tartışma konusudur. Bunu açıklamaya çalışmak için birçok yorum var, ancak hepsi aynı dalga denklemleri seti ile bağlı... ve sonuçta, aynı deneysel gözlemleri açıklamalıdır.

Tarafından düzenlendi Anne Marie Helmenstine, Doktora