Bangos ir dalelės dvilypumas – apibrėžimas
Šviesa veikia ir kaip banga, ir kaip dalelė
ALFREDAS PASIEKA/MOKSLO NUOTRAUKŲ BIBLIOTEKA / Getty Images
Bangos-dalelių dvilypumas apibūdina savybes fotonai ir subatomines daleles, kad parodytų tiek bangų, tiek dalelių savybes. Bangų ir dalelių dvilypumas yra svarbi kvantinės mechanikos dalis, nes ji leidžia paaiškinti, kodėl klasikinėje mechanikoje veikiančios „bangos“ ir „dalelės“ sąvokos neapima kvantinis objektų. Dviguba šviesos prigimtis sulaukė pripažinimo po 1905 m., kai Albertas Einšteinas aprašė šviesą fotonais, pasižyminčiais dalelių savybėmis, o vėliau pristatė savo garsųjį straipsnį apie specialųjį reliatyvumą, kuriame šviesa veikė kaip bangų laukas.
Dalelės, pasižyminčios bangų ir dalelių dvilypumu
Įrodytas fotonų (šviesos), elementariųjų dalelių, atomų ir molekulių bangų ir dalelių dvilypumas. Tačiau didesnių dalelių, tokių kaip molekulės, bangų savybės yra itin trumpos, todėl jas sunku aptikti ir išmatuoti. Klasikinės mechanikos paprastai pakanka makroskopinių objektų elgsenai apibūdinti.
Bangos ir dalelės dvilypumo įrodymai
Daugybė eksperimentų patvirtino bangų ir dalelių dvilypumą, tačiau yra keletas specifinių ankstyvųjų eksperimentų, kurie užbaigė diskusiją apie tai, ar šviesa susideda iš bangų ar dalelių:
Fotoelektrinis efektas – šviesa elgiasi kaip dalelės
Thefotoelektrinis efektasyra reiškinys, kai metalai, veikiami šviesos, išskiria elektronus. Elgesys fotoelektronai negalėjo būti paaiškinta klasikine elektromagnetine teorija. Heinrichas Hertzas pažymėjo, kad ultravioletinė šviesa ant elektrodų padidino jų gebėjimą sukelti elektros kibirkštis (1887). Einšteinas (1905) paaiškino, kad fotoelektrinis efektas atsiranda dėl šviesos, nešamos atskirais kvantuotais paketais. Roberto Millikano eksperimentas (1921 m.) patvirtino Einšteino aprašymą ir paskatino Einšteiną 1921 m. laimėjo Nobelio premiją už „fotoelektrinio efekto dėsnio atradimą“, o Millikanas 1923 m. laimėjo Nobelio premiją už „darbą, susijusį su elementariu elektros krūviu ir apie fotoelektrinį efektą“.
Davisson-Germer eksperimentas – šviesa elgiasi kaip bangos
Davisson-Germer eksperimentas patvirtino deBroglie hipotezę ir pasitarnavo kaip kvantinės mechanikos formulavimo pagrindas. Eksperimentas dalelėms iš esmės taikė Braggo difrakcijos dėsnį. Eksperimentinis vakuuminis aparatas išmatavo elektronų energijas, išsklaidytas nuo įkaitinto vielos gijos paviršiaus ir leido atsitrenkti į nikelio metalo paviršių. Elektronų pluoštą galima pasukti, kad būtų galima išmatuoti kampo pasikeitimo poveikį išsklaidytiems elektronams. Tyrėjai nustatė, kad išsklaidyto pluošto intensyvumas buvo didžiausias tam tikrais kampais. Tai parodė bangos elgesį ir gali būti paaiškinta Braggo dėsnio taikymu nikelio kristalų gardelės atstumui.
Thomaso Youngo dvigubo plyšio eksperimentas
Youngo dvigubo plyšio eksperimentą galima paaiškinti naudojant bangų ir dalelių dvilypumą. Skleidžiama šviesa tolsta nuo šaltinio kaip elektromagnetinė banga. Susidūrusi su plyšiu, banga praeina pro plyšį ir dalijasi į du bangos frontus, kurie persidengia. Smūgio į ekraną momentu bangos laukas „susitraukia“ į vieną tašką ir tampa fotonu.