Dualizmus vlny a častice
Dualizmus vlny a častice je pravdepodobne jedným z najzamotanejších pojmov vo fyzike, pretože sa veľmi nepodobá na nič, čo vidíme v bežnom svete.
Fyzici, ktorí v 17. a 19. storočí skúmali svetlo, sa sporili o to, či je svetlo tvorené časticami alebo vlnami. Zdá sa, že svetlo tvorí oboje. Niekedy sa zdá, že svetlo ide len po priamke, akoby bolo zložené z častíc. Iné experimenty však ukazujú, že svetlo má frekvenciu a vlnovú dĺžku, podobne ako zvuková alebo vodná vlna. Až do 20. storočia si väčšina fyzikov myslela, že svetlo je buď jedno, alebo druhé a že vedci na druhej strane sporu sa jednoducho mýlia.
Súčasná situácia
Na tomto probléme pracovali Max Planck, Albert Einstein, Louis de Broglie, Arthur Compton, Niels Bohr. Podľa súčasnej vedeckej teórie sa všetky častice správajú ako vlny aj ako častice. Toto bolo overené pre elementárne častice a pre zložené častice, ako sú atómy a molekuly. V prípade makroskopických častíc sa vlnové vlastnosti vzhľadom na ich extrémne krátke vlnové dĺžky zvyčajne nedajú zistiť.
Experiment
V roku 1909 sa vedec Geoffrey Taylor rozhodol, že tento spor raz a navždy vyrieši. Vypožičal si experiment, ktorý predtým vymyslel Thomas Young a pri ktorom sa svetlo dostalo cez dva malé otvory tesne vedľa seba. Keď sa cez tieto dva malé otvory presvietilo jasné svetlo, vytvoril sa interferenčný obrazec, ktorý akoby dokazoval, že svetlo je v skutočnosti vlna.
Taylorov nápad bol odfotografovať svetlo vychádzajúce z otvorov špeciálnym fotoaparátom, ktorý bol neobyčajne citlivý na svetlo. Keď sa cez otvory dostalo jasné svetlo, na fotografii sa zobrazil interferenčný obrazec, presne taký, aký predtým ukázal Young. Taylor potom stlmil svetlo na veľmi slabú úroveň. Keď bolo svetlo dostatočne tlmené, Taylorove fotografie ukázali drobné bodky svetla rozptyľujúce sa z otvorov. Zdalo sa, že to dokazuje, že svetlo je v skutočnosti častica. Ak Taylor nechal tlmené svetlo svietiť cez otvory dostatočne dlho, bodky nakoniec zaplnili fotografiu a opäť vytvorili interferenčný obrazec. To dokázalo, že svetlo je istým spôsobom vlna aj častica.
Aby to bolo ešte mätúcejšie, Louis de Broglie navrhol, že hmota sa môže správať rovnako. Vedci potom vykonali rovnaké experimenty s elektrónmi a zistili, že aj elektróny sú určitým spôsobom častice aj vlny. Elektróny sa dajú použiť na Youngov dvojštrbinový experiment.
Dnes už tieto experimenty vykonalo toľko rôznych ľudí, že vedci jednoducho akceptujú, že hmota aj svetlo sú nejakým spôsobom vlny aj častice. Vedci si stále nie sú istí, ako je to možné, ale sú si celkom istí, že to musí byť pravda. Hoci sa zdá nemožné pochopiť, ako môže byť niečo zároveň vlnou aj časticou, vedci majú na opis týchto vecí niekoľko rovníc, ktoré majú premenné pre vlnovú dĺžku (vlastnosť vlny) aj hybnosť (vlastnosť častice). Táto zdanlivá nemožnosť sa označuje ako vlnovo-časticový dualizmus.
Základná teória
Vlnovo-časticový dualizmus znamená, že všetky častice majú vlnové aj časticové vlastnosti. Ide o ústredný pojem kvantovej mechaniky. Klasické pojmy ako "častica" a "vlna" plne neopisujú správanie objektov kvantového rozsahu.
Častice ako vlny
Elektrón má vlnovú dĺžku nazývanú "de Broglieho vlnová dĺžka". Možno ju vypočítať pomocou rovnice
λ D = h ρ {\displaystyle \lambda _{D}={\frac {h}{\rho }}} 
λ D {\displaystyle \lambda _{D}}
je de Broglieho vlnová dĺžka.
h {\displaystyle h}
je Planckova konštanta
ρ {\displaystyle \rho }
je hybnosť častice.
To viedlo k myšlienke, že elektróny v atómoch majú tvar stojatej vlny.
Vlny ako častice
Fotoelektrický efekt ukazuje, že fotón svetla, ktorý má dostatočnú energiu (dostatočne vysokú frekvenciu), môže spôsobiť uvoľnenie elektrónu z povrchu kovu. Elektróny sa v tomto prípade môžu nazývať fotoelektróny.
Súvisiace stránky
- Max Planck
- Kvantová mechanika
