Во текот на изминатите сто години, науката направи голем напредок во проучувањето на структурата на нашиот свет и на микроскопско и на макроскопско ниво. Неверојатните откритија кои ни ги донесоа специјалните и општите теории на релативноста и квантната механика сè уште ги возбудуваат главите на јавноста. Сепак, секој образована личностпотребно е да се разберат барем основите на современите научни достигнувања. Една од највпечатливите и најважните точки е корпускуларната брановиден дуализам. Ова е парадоксално откритие, чие разбирање е надвор од дофатот на интуитивната секојдневна перцепција.
Корпускули и бранови
Дуализмот првпат бил откриен во проучувањето на светлината, која се однесувала сосема поинаку во зависност од условите. Од една страна, се покажа дека светлината е оптички електромагнетен бран. Од друга страна, дискретна честичка ( хемиско дејствоСвета). Првично, научниците веруваа дека овие две идеи меѓусебно се исклучуваат. Сепак, бројни експерименти покажаа дека тоа не е така. Постепено, реалноста на таков концепт како двојност бран-честички стана вообичаена. Овој концепт дава основа за проучување на однесувањето на сложените квантни објекти кои не се ниту бранови ниту честички, туку само ги добиваат својствата на вторите или првите во зависност од одредени услови.
Експеримент со двоен пресек
Фотонска дифракција - визуелна демонстрацијадуализам. Детекторот на наелектризираните честички е фотографска плоча или флуоресцентен екран. Секој поединечен фотон беше означен со осветлување или блесок на место. Комбинацијата на такви ознаки даде шема на пречки - алтернација на слабо и силно осветлени ленти, што е карактеристика на дифракцијата на брановите. Ова се објаснува со таков концепт како двојност бран-честички. Познатиот физичар и НобеловецРичард Фајнман рече дека материјата се однесува на мали размери на таков начин што е невозможно да се почувствува „природноста“ на квантното однесување.
Универзален дуализам
Сепак, ова искуство важи не само за фотоните. Се покажа дека дуализмот е својство на сета материја и е универзален. Хајзенберг тврдеше дека материјата постои во двете форми наизменично. Денес е апсолутно докажано дека двете својства се појавуваат целосно истовремено.
Корпускуларен бран
Како можеме да го објасниме ова однесување на материјата? Бранот кој е својствен за корпускулите (честичките) се нарекува бран де Брољ, именуван по младиот аристократски научник кој предложил решение за овој проблем. Општо е прифатено дека равенките на Де Брољ опишуваат бранова функција, која, на квадрат, ја одредува само веројатноста дека честичката е во различно времена различни точки во просторот. Едноставно кажано, бранот на Де Брољ е веројатност. Така се воспостави еднаквост помеѓу математичкиот концепт (веројатност) и реалниот процес.
Квантно поле
Што се материја? Во голема мера, ова се кванти на бранови полиња. Фотон - квантен електромагнетно поле, позитрон и електрон - електрон-позитрон, мезон - квант на мезонско поле итн. Интеракцијата помеѓу брановите полиња се објаснува со размена на одредени средни честички меѓу нив, на пример, за време на електромагнетната интеракција има размена на фотони. Од ова директно следува уште една потврда дека брановите процеси опишани од Де Броље се апсолутно реални физички феномени. И дуализмот на честички-бранови не делува како „мистериозна скриена сопственост“ која ја карактеризира способноста на честичките да „реинкарнираат“. Јасно покажува две меѓусебно поврзани дејства - движењето на објектот и брановиот процес поврзан со него.
Ефект на тунел
Двојноста на светлината бран-честичка е поврзана со многу други интересни појави. Насоката на дејство на бранот де Брољ се појавува за време на таканаречениот тунелен ефект, односно кога фотоните продираат низ енергетската бариера. Овој феномен е предизвикан од моментумот на честичките што ја надминува просечната вредност во моментот на брановиот антинод. Тунелирањето овозможи да се развијат многу електронски уреди.
Интерференција на светлосни кванти
Модерната наука зборува за интерференцијата на фотоните на ист мистериозен начин како и за мешањето на електроните. Излегува дека фотонот, кој е неделива честичка, може истовремено да помине по која било патека отворена за себе и да се меша со себе. Ако се земе предвид дека двојноста бран-честичка на својствата на материјата и фотонот се бран кој покрива многу структурни елементи, тогаш не е исклучена неговата деливост. Ова е во спротивност со претходните ставови за честичката како елементарна неделива формација. Поседувајќи одредена маса на движење, фотонот формира надолжен бран поврзан со ова движење, кој и претходи на самата честичка, бидејќи брзината на надолжниот бран е поголема од онаа на попречниот електромагнетен бран. Според тоа, постојат две објаснувања за интерференцијата на фотонот со себе: честичката е поделена на две компоненти, кои се мешаат една со друга; Фотонскиот бран патува по две патеки и формира шема на пречки. Експериментално беше откриено дека шема на пречки се создава и кога поединечни наелектризирани честички-фотони се пренесуваат низ интерферометарот за возврат. Ова ја потврдува тезата дека секој поединечен фотон се меша со себе. Ова особено јасно се гледа кога ќе се земе предвид фактот дека светлината (ниту кохерентна, ниту монохроматска) е збирка на фотони што се емитираат од атомите во меѓусебно поврзани и случајни процеси.
Што е светлина?
Светлосниот бран е електромагнетно нелокализирано поле кое се дистрибуира низ вселената. Електромагнетното поле на бранот има волуметриска густина на енергија која е пропорционална на квадратот на амплитудата. Тоа значи дека енергетската густина може да се промени за која било количина, односно е континуирана. Од една страна, светлината е поток од кванти и фотони (терупи), кои, благодарение на универзалноста на таков феномен како двојност на честички-бранови, ги претставуваат својствата на електромагнетниот бран. На пример, во феноменот на интерференција и дифракција и размери, светлината јасно ги покажува карактеристиките на бранот. На пример, еден фотон, како што е опишано погоре, кој минува низ двоен шлиц создава шема на пречки. Со помош на експерименти, докажано е дека еден фотон не е електромагнетен пулс. Не може да се подели на греди со разделувачи на зраци, како што покажаа француските физичари Аспе, Роже и Гранжие.
Светлината има и корпускуларни својства, кои се манифестираат во ефектот на Комптон и фотоелектричниот ефект. Фотонот може да се однесува како честичка која целосно се апсорбира од објекти чии димензии се многу помали од неговата бранова должина (на пример, атомско јадро). Во некои случаи, фотоните генерално може да се сметаат за точкасти објекти. Не прави разлика од тоа каква позиција ги сметаме за својствата на светлината. Во полето на видот на бојата, протокот на светлина може да дејствува и како бран и како честичка-фотон како енергетски квант. Точка фокусирана на ретинален фоторецептор, како што е мембраната на конусот, може да му дозволи на окото да формира своја сопствена филтрирана вредност како главни спектрални зраци на светлина и да ги сортира по бранови должини. Според квантните енергетски вредности, во мозокот објектната точка ќе се претвори во сензација на боја (фокусирана оптичка слика).
Двојноста на светлината бран-честички значи дека светлината истовремено има својства на континуирани електромагнетни бранови и својства на дискретни фотони. Овој фундаментален заклучок беше направен од физичарите во 20 век и следен од претходните идеи за светлината. Њутн верувал дека светлината е млаз од трупови, односно поток од честички од материја што летаат по права линија. Оваа теорија добро го објасни праволиниското ширење на светлината. Но, се појавија тешкотии во објаснувањето на законите на рефлексија и прекршување, а феномените на дифракција и интерференција воопшто не можеа да се објаснат со корпускуларната теорија. Затоа, се појави брановата теорија на светлината. Оваа теорија објаснуваше дифракција и интерференција, но имаше потешкотии да ја објасни правата светлина. Само во 19 век, J. Fresnel, користејќи ги откритијата на други физичари, успеа да ги комбинира веќе изведените принципи во една теорија, според која светлината е попречен механички бран. Максвел подоцна открил дека светлината е еден од видовите електромагнетно зрачење. Но, на почетокот на 20 век, благодарение на откритијата на Ајнштајн, идеите за светлината повторно се сменија. Светлината стана сфатена како поток од фотони. Но, одредени својства на светлината беа совршено објаснети со теоријата на бранови. Светлината има и корпускуларни и брановидни својства. Во овој случај, постојат следниве обрасци: колку е пократка брановата должина, толку посветли се манифестациите корпускуларни својства, колку е подолга брановата должина, толку посветли се појавуваат брановите својства.
Според де Броље, секој микрообјект е поврзан, од една страна, со корпускуларните карактеристики - енергијата E и импулсот p, а од друга страна, со брановите карактеристики - фреквенцијата и брановата должина.
Во 1924 година, францускиот физичар L. de Broglie изнесе храбра хипотеза: двојноста бран-честичка има универзален карактер, т.е. сите честички со конечен моментум P имаат бранови својства. Така се појави во физиката позната формуладе Броље каде m е масата на честичката, V е нејзината брзина, h е Планковата константа.
Значи, Корпускуларните и брановите својства на микро-објектот се некомпатибилни во однос на нивната симултана манифестација, меѓутоа, тие се подеднаквокарактеризирање на објектот, т.е. се надополнуваат еден со друг. Оваа идеја ја изразил Н. принцип на комплементарност (1927). СуштинатаПринципот на комплементарност според Н. Бор се сведува на следново: без разлика колку феномените одат подалеку од класичното физичко објаснување, сите експериментални податоци мора да се опишат со користење на класични концепти.За целосен описквантно механички феномени, неопходно е да се применат две меѓусебно исклучувачки (дополнителни) групи класични концепти, чија комбинација дава најмногу целосни информацииза овие појави како холистички.
Принципот на комплементарност општ принципзнаењето може да се формулира на следниов начин: секој вистински феномен на природата не може да се дефинира недвосмислено користејќи ги зборовите на нашиот јазик и за негово дефинирање бара најмалку два меѓусебно исклучувачки дополнителни концепти. Таквите феномени вклучуваат, на пример, квантни феномени, живот, психа итн. Бор, особено, ја согледал потребата да се примени принципот на комплементарност во биологијата, што се должи исклучително комплексна структураи функциите на живите организми, кои им обезбедуваат речиси неисцрпни скриени способности.
Ако мислевте дека потонавме во заборав со нашите разочарувачки теми, тогаш побрзаме да ве разочараме и да ве израдуваме: сте згрешиле! Всушност, сето ова време се обидуваме да најдеме прифатлив метод за прикажување на луди теми поврзани со квантните парадокси. Напишавме неколку нацрти, но сите беа исфрлени на студ. Бидејќи кога станува збор за објаснување на квантните шеги, ние самите се збунуваме и признаваме дека не разбираме многу (и воопшто, малку луѓе ја разбираат оваа работа, вклучувајќи ги и кул научниците во светот). За жал, квантниот свет е толку туѓ на филистејскиот светоглед што воопшто не е срамота да го признаете вашето недоразбирање и да се обидете малку заедно да ги разберете барем основите.
И иако, како и обично, ќе се обидеме да разговараме што е можно појасно со слики од Google, на неискусниот читател ќе му треба некоја почетна подготовка, па затоа препорачуваме да ги разгледате нашите претходни теми, особено за квантите и материјата.
Особено за хуманистите и другите заинтересирани луѓе - квантни парадокси. Дел 1.
Во оваа тема ќе зборуваме за најчестата загатка квантен свет- двојност бран-честичка. Кога велиме „најобичното“, мислиме дека физичарите се толку уморни од тоа што дури и не изгледа како мистерија. Но, сето ова е затоа што другите квантни парадокси се уште потешки за прифаќање на просечниот ум.
И беше вака. Во старите добри времиња, некаде во средината на 17 век, Њутн и Хајгенс не се согласувале за постоењето на светлината: Њутн бесрамно изјавил дека светлината е поток од честички, а стариот Хајгенс се обидел да докаже дека светлината е бран. Но, Њутн бил поавторитетен, па неговата изјава за природата на светлината била прифатена како вистинита, а на Хајгенс му се смеело. И двесте години светлината се сметаше за поток од некои непознати честички, чија природа се надеваа дека еден ден ќе ја откријат.
На почетокот на 19 век, ориенталист по име Томас Јанг се занимавал со оптички инструменти - како резултат на тоа, тој зел и извршил експеримент кој сега се нарекува експеримент на Јанг, а секој физичар го смета овој експеримент за свет.
Томас Јанг само насочи зрак (со иста боја, така што фреквенцијата беше приближно иста) светлина низ две процепи во плочата и постави друга плоча зад неа. И им го покажа резултатот на колегите. Кога светлината би била млаз од честички, тогаш би виделе две светлосни ленти во позадина.
Но, за жал научниот свет, на екранот на плочата се појавија серија темни и светли ленти. Честа појава наречена интерференција е суперпозиција на два (или повеќе бранови) еден врз друг.
Патем, благодарение на пречки ги набљудуваме нијансите на виножитото на дамка од масло или на меур од сапуница.
Со други зборови, Томас Јанг експериментално докажа дека светлината е бранови. Научен светдолго време не сакаше да му верува на Јунг, а едно време беше толку критикуван што дури и ги напушти своите идеи теорија на бранови. Но, довербата во нивната исправност сепак победи, и научниците почнаа да ја сметаат светлината како бран. Точно, бран од што - тоа беше мистерија.
Еве, на сликата, е стариот добар Јунг експеримент.
Мора да се каже дека брановата природа на светлината не влијаеше многу на класичната физика. Научниците ги препишаа формулите и почнаа да веруваат дека наскоро целиот свет ќе падне на нивните нозе под единствена универзална формула за сè.
Но, веќе погодивте дека Ајнштајн, како и секогаш, уништи сè. Проблемот се навлезе од другата страна - на почетокот научниците се збунија при пресметувањето на енергијата на топлинските бранови и го открија концептот на кванти (задолжително прочитајте за ова во нашата соодветна тема ""). И тогаш, со помош на истите овие кванти, Ајнштајн и зададе удар на физиката, објаснувајќи го феноменот на фотоелектричниот ефект.
Накратко: фотоелектричниот ефект (чија една од последиците е изложеноста на филм) е исфрлање на електроните од површината на одредени материјали со светлина. Технички, ова исфрлање се случува како светлината да е честичка. Ајнштајн ја нарекол честичката на светлината квант на светлина, а подоцна и добил име - фотон.
Во 1920 година беше додадена антибрановата теорија на светлината неверојатен ефектКомптон: кога електронот е бомбардиран со фотони, фотонот отскокнува од електронот со загуба на енергија (ние „пукаме“ во сино, но црвениот лета), како топка за билијард од друга. Комптон за ова ја доби Нобеловата награда.
Овој пат, физичарите беа претпазливи едноставно да ја напуштат брановата природа на светлината, но наместо тоа добро размислуваа. Науката е соочена со застрашувачка мистерија: дали светлината е бран или честичка?
Светлината, како и секој бран, има фреквенција - и ова е лесно да се провери. Гледаме различни бои затоа што секоја боја е едноставно различна фреквенција на електромагнетниот (светлосен) бран: црвената е ниска фреквенција, виолетовата е висока фреквенција.
Но, неверојатно е: брановата должина на видливата светлина е пет илјади пати поголема од атом - како такво „нешто“ се вклопува во атомот кога атомот го апсорбира овој бран? Ако само фотонот е честичка споредлива по големина со атом. Дали фотонот е и голем и мал во исто време?
Покрај тоа, фотоелектричниот ефект и ефектот Комптон јасно докажуваат дека светлината сè уште е млаз од честички: не може да се објасни како бранот ја пренесува енергијата на електроните локализирани во вселената - ако светлината беше бран, тогаш некои електрони ќе бидат исфрлени подоцна. од другите, и феноменот Не би го набљудувале фотоелектричниот ефект. Но, во случај на проток, еден фотон се судира со еден електрон и, под одредени услови, го исфрла од атомот.
Како резултат на тоа, беше одлучено: светлината е и бран и честичка. Или подобро кажано, ниту едното ниту другото, туку нова претходно непозната форма на постоење на материјата: феномените што ги набљудуваме се само проекции или сенки на вистинската состојба на работите, во зависност од тоа како гледате на она што се случува. Кога ја гледаме сенката на цилиндар осветлена од едната страна, гледаме круг, а кога е осветлена од другата страна, гледаме правоаголна сенка. Така е и со претставата на светлината со честички-бранови.
Но и овде не е сè лесно. Не можеме да кажеме дека сметаме дека светлината е или бран или поток од честички. Погледнете низ прозорецот. Одеднаш, дури и во чисто измиено стакло, го гледаме нашиот сопствен одраз, иако матен. Што е финтата? Ако светлината е бран, тогаш лесно е да се објасни рефлексијата во прозорец - гледаме слични ефекти врз водата кога бранот се рефлектира од пречка. Но, ако светлината е поток од честички, тогаш рефлексијата не може да се објасни толку лесно. На крајот на краиштата, сите фотони се исти. Меѓутоа, ако сите се исти, тогаш бариерата во форма на прозорско стакло треба да има ист ефект врз нив. Или сите минуваат низ стаклото, или сите се рефлектираат. И во сурова реалностНекои од фотоните летаат низ стаклото, а ние ја гледаме соседната куќа и веднаш го набљудуваме нашиот одраз.
И единственото објаснување што ми паѓа на ум: фотоните се сами по себе. Невозможно е да се предвиди со стопроцентна веројатност како ќе се однесува одреден фотон - дали ќе се судри со стаклото како честичка или како бран. Ова е основата на квантната физика - целосно, апсолутно случајно однесување на материјата на микро ниво без никаква причина (а во нашиот свет на големи количини, од искуство знаеме дека сè има причина). Ова е совршен генератор на случаен број, за разлика од фрлањето паричка.
Брилијантниот Ајнштајн, кој го откри фотонот, до крајот на својот живот бил убеден дека квантната физика е погрешна и ги уверувал сите дека „Бог не игра на коцки“. Но модерната наукасе повеќе потврдува: уште игра.
На еден или друг начин, еден ден научниците решија да стават крај на дебатата за „бранови или честички“ и да го репродуцираат искуството на Јунг земајќи ги предвид технологиите на 20 век. Во тоа време, тие научија да снимаат фотони еден по еден (квантни генератори, познати меѓу населението како „ласери“), и затоа беше одлучено да се провери што ќе се случи на екранот ако се пука една честичка на два процепи: конечно ќе стане јасно што е материјата во контролирани експериментални услови.
И одеднаш - еден квантум на светлина (фотон) покажа шема на пречки, односно честичката леташе низ двата процепи во исто време, фотонот се вмеша сам со себе (ако кажеме научен јазик). Ајде да ја разјасниме техничката поента - всушност, сликата за пречки не беше прикажана со еден фотон, туку со серија снимки на една честичка во интервали од 10 секунди - со текот на времето, рабовите на Јанг, познати на секој студент C од 1801 година, се појавија на екранот.
Од гледна точка на бранот, ова е логично - бранот минува низ пукнатините, а сега два нови бранови се разминуваат во концентрични кругови, преклопувајќи се еден со друг.
Но, од корпускуларна гледна точка, излегува дека фотонот се наоѓа на две места во исто време кога поминува низ процепите, а откако ќе помине низ него се меша со себе. Ова е генерално нормално, а?
Се испостави дека тоа е нормално. Згора на тоа, бидејќи фотонот е во два процепи одеднаш, тоа значи дека тој е истовремено насекаде и пред процепите и откако ќе прелета низ нив. И воопшто, од гледна точка на квантната физика, ослободениот фотон помеѓу почетокот и крајот е истовремено „секаде и одеднаш“. Физичарите ја нарекуваат суперпозиција таква честичка „секаде одеднаш“ - страшен збор, што порано беше математичко уживање, сега стана физичка реалност.
Извесен Е. Шредингер, добро познат противник на квантната физика, дотогаш ископал некаде формула која ги опишува брановите својства на материјата, како што е водата. И откако малку го чепкав, на мој ужас, ја заклучив таканаречената бранова функција. Оваа функција ја покажа веројатноста да се најде фотон на одредена локација. Забележете дека ова е веројатност, а не точна локација. И оваа веројатност зависеше од квадратот на висината на гребенот на квантниот бран на дадена локација (ако некој го интересира деталите).
Ќе посветиме посебно поглавје на прашањата за мерење на локацијата на честичките.
Понатамошните откритија покажаа дека работите со дуализмот се уште полоши и помистериозни.
Во 1924 година, извесен Луис де Брољ рече дека браново-корпускуларните својства на светлината се врвот на ледениот брег. И сите елементарни честички го имаат ова неразбирливо својство.
Односно, честичка и бран во исто време не се само честички на електромагнетното поле (фотони), туку и реални честички како што се електрони, протони итн. Целата материја околу нас на микроскопско ниво е бранови(и честички во исто време).
И неколку години подоцна, ова беше дури и потврдено експериментално - Американците возеле електрони во цевки со катодни зраци (кои се познати на денешните стари прдежи под името „кинескоп“) - и така набљудувањата поврзани со рефлексијата на електроните потврдија дека електрон е исто така бран (за полесно разбирање, може да се каже дека поставиле плоча со два процепи на патеката на електронот и ја виделе интерференцијата на електронот каква што е).
До денес, експериментите открија дека атомите имаат и брановидни својства, па дури и некои посебни типови на молекули (т.н. „фулерени“) се манифестираат како бранови.
Истражувачкиот ум на читателот, кој сè уште не бил запрепастен од нашата приказна, ќе праша: ако материјата е бран, тогаш зошто, на пример, летечката топка не се размачка во просторот во форма на бран? Зошто млазниот авион воопшто не наликува на бран, туку е многу сличен на млазен авион?
Де Броли, ѓаволот, објасни сè овде: да, летечка топка или Боинг е исто така бран, но должината на овој бран е пократка, толку е поголем импулсот. Моментумот е маса по брзина. Тоа е, отколку поголема масаматеријата, толку е помала нејзината бранова должина. Брановата должина на топката што лета со брзина од 150 km/h ќе биде приближно 0,00 метри. Затоа, не можеме да забележиме како топката се шири низ просторот како бран. За нас тоа е цврста материја.
Електронот е многу лесна честичка и, летајќи со брзина од 6000 км/сек, ќе има забележлива бранова должина од 0,0000000001 метри.
Патем, веднаш да одговориме на прашањето зошто атомското јадро не е толку „браново“. Иако се наоѓа во центарот на атомот, околу кој електронот лудо лета и во исто време е размачкан, има пристоен импулс поврзан со масата на протоните и неутроните, како и високофреквентното осцилирање (брзина) поради до постоење на постојана размена на честички внатре во јадрото силна интеракција (читај ја темата). Затоа, јадрото повеќе личи на цврстата материја со која сме запознаени. Електронот, очигледно, е единствената честичка со маса што има јасно изразени бранови својства, па затоа сите ја проучуваат со задоволство.
Да се вратиме на нашите честички. Така, излегува: електронот што ротира околу атомот е и честичка и бран. Односно, честичката ротира, а во исто време, електронот како бран претставува обвивка со одредена форма околу јадрото - како тоа воопшто може да го разбере човечкиот мозок?
Погоре веќе пресметавме дека летечкиот електрон има прилично огромна (за микрокосмос) бранова должина, а за да се вклопи околу јадрото на атомот, на таков бран му треба непристојно голема количина на простор. Токму тоа објаснува толку големи димензии на атоми во споредба со јадрото. Брановите должини на електронот ја одредуваат големината на атомот. Празниот простор помеѓу јадрото и површината на атомот е исполнет со „сместување“ на брановата должина (а во исто време и честичка) на електронот. Ова е многу грубо и неточно објаснување - ве молиме простете ни - во реалноста сè е многу покомплицирано, но нашата цел е барем да им дозволиме на луѓето кои се заинтересирани за сето ова да одгризат парче од гранитот на науката.
Ајде да бидеме јасни повторно!По неколку коментари на статијата [во YP], сфативме каква важна точка недостасуваше на овој напис. Внимание! Формата на материјата што ја опишуваме не е ниту бран ниту честичка. Тој само (истовремено) има својства на бран и својства на честички. Не можете да го кажете тоа електромагнетен бранили електронски бран се слични на морските или звучните бранови. Брановите што ни се познати го претставуваат ширењето на нарушувања во просторот исполнет со некоја супстанција.
Фотоните, електроните и другите примероци на микрокосмосот, кога се движат во вселената, можат да се опишат со бранови равенки; нивното однесување е само СЛИЧНО на бран, но во никој случај не се бран. Слично е и со корпускуларната структура на материјата: однесувањето на честичката е слично на летот на топчиња со мали точки, но тие никогаш не се топчиња.
Ова мора да се разбере и прифати, инаку сите наши мисли на крајот ќе доведат до потрага по аналози во макрокосмосот и на тој начин ќе дојде до крајот на разбирањето на квантната физика и ќе започне фријаризмот или шарлатанската филозофија, како што се квантната магија и материјалноста. на мислите.
Ќе ги разгледаме преостанатите застрашувачки заклучоци и последици од модернизираниот експеримент на Јунг подоцна во следниот дел - несигурноста на Хајзенберг, мачката на Шредингер, принципот на исклучување на Паули и квантната испреплетеност го чекаат трпеливиот и внимателен читател кој ќе ги препрочита нашите написи повеќе од еднаш и ќе пречека преку Интернет во потрага по дополнителни информации.
Ви благодариме на сите за вниманието. Среќна несоница или когнитивни кошмари на сите!
Напомена: Внимателно ве потсетуваме дека сите слики се преземени од Google (пребарување по слики) - таму се одредува авторството.
Нелегалното копирање на текст се гони, потиснува, добро, знаете...
Значи, микрочестичките имаат извонредни својства. Микрочестички – тоа се елементарни честички(електрони, протони, неутрони, итн.), како и сложените честички,формирана од мал број на елементарни(Чао неделиви) честички(атоми, молекули, атомски јадра). Со тоа што овие микрочестички ги нарекуваме честички, ја нагласуваме само едната страна; би било поправилно да се нарече „ честички-бран».
Микрочестичките не се способни директно да влијаат на нашите сетила - тие не можат да се видат или допрат. Знаеме што ќе се случи со голем објект; но токму така микрочестичките не функционираат! Затоа, при нивното проучување, треба да се прибегне кон разни видови апстракции. , развлечете ја фантазијата и не се обидувајповрзете ги со нашето директно искуство.
Во до квантна физикада се разбере значи да се формира визуелна слика за некој предмет или процес. Во квантната физика не можете да размислувате така. Секој визуелен модел ќе работи според класичните закони и затоа не е погоден за претставување на квантни процеси. На пример, ротацијата на електрон во орбитата околу атомот е таква претстава. Ова е почит класична физикаи не одговара на вистинската состојба на работите, не одговара на квантните закони.
Брановите на Луј де Брољ што ги сметавме не се електромагнетни, тоа се бранови од посебна природа.
Да ја пресметаме брановата должина на де Брољ на топка со маса од 0,20 kg што се движи со брзина од 15 m/s.
| . | (3.3.1) |
Ова е исклучително кратка бранова должина. Дури и при екстремно мали брзини, да речеме m/s, брановата должина на де Броли би била околу m. Брановата должина на де Брољ на нормално тело е премногу мала за да се открие и измери. Факт е дека типичните својства на брановите - интерференција и дифракција - се појавуваат само кога големините на предметите или процепите се споредливи по големина со брановата должина. Но, не знаеме предмети и процепи на кои брановите со бранова должина од λ би можеле да се дифрактираат, така што брановите својства на обичните тела не можат да се детектираат.
Друга работа е ако зборуваме за елементарни честички како што се електроните. Бидејќи масата е вклучена во именителот на формулата 3.3.1, кој ја одредува брановата должина на Де Брољ; многу мала маса одговара на долга бранова должина.
Дозволете ни да ја одредиме брановата должина на де Брољ на електрон забрзан со потенцијална разлика од 100 V.
Госпоѓица,
Од горниот пример може да се види дека електронот може да одговара на бранова должина од редот на . Иако е многу кратки бранови, тие можат да се откријат експериментално: меѓуатомски растојанија во кристал со ист ред на големина () и редовно распоредени атоми на кристалот може да се користат како дифракциона решетка, како во случајот со рендгенските зраци. Значи, ако хипотезата на Луј де Броље е вистинита, тогаш, како што истакна Ајнштајн, за електрони, треба да се набљудува феноменот на дифракција.
Ајде да одмориме малку и да поставиме мисловен експеримент. Да насочиме паралелен сноп од моноенергетски (т.е., кои имаат иста кинетичка енергија) електрони кон пречка со два тесни процепи (сл. 3.6) и да поставиме фотографска плоча (FP) зад пречката.
| А | б | В |
Прво, затворете го вториот шлиц и изложете го одреден временски период т. Поцрнувањето на третираната FP ќе се карактеризира со крива 1, Сл. 3.6, б. Потоа го затвораме првиот шлиц и ја изложуваме втората фотографска плоча. Природата на оцрнувањето во овој случај се пренесува со кривата 2 (сл. 3.6, б). Конечно, отворете ги двете процепи и изложете го одреден временски период ттрета плоча. Моделот на оцрнување добиен во вториот случај е прикажан на сл. 3.6, в. Оваа слика во никој случај не е еквивалентна на ситуацијата на првите две. Како може отворањето на вториот процеп да влијае на оние електрони кои се чини дека поминале низ другиот процеп? Добиената слика (сл. 3.6, в) се покажува слична на сликата добиена со мешање на два кохерентни светлосни бранови. Природата на сликата покажува дека движењето на секој електрон е под влијание на двете дупки. Овој заклучок е некомпатибилен со идејата за траектории. Доколку електронот се наоѓа во одредена точка во вселената во секој момент и се движи по траекторија, би поминал низ одредена дупка - првата или втората. Феноменот на дифракција докажува дека и двете дупки - првата и втората - се вклучени во поминувањето на секој електрон.
Така, дифракцијата на електроните и другите микрочестички ја докажува валидноста на хипотезата на Луј де Брољ и ја потврдува двојноста бран-честичка на микрочестичките на материјата .
39. Двојност бран-честичка на својствата на материјата.
Дуализам на честички-бранови на својствата на ЕМ зрачењето. Ова значи дека природата на светлината може да се разгледува од две страни: од една страна, тоа е бран, чии својства се манифестираат во законите за ширење на светлината, интерференција, дифракција, поларизација. Од друга страна, светлината е поток на честички кои имаат енергија и импулс. Корпускуларните својства на светлината се манифестираат во процесите на интеракција на светлината со материјата (фотоелектричен ефект, ефект на Комптон).
Со анализа, може да се разбере дека колку е подолга брановата должина l, толку е помала енергијата (од E = hс/l), колку е помал моментумот, толку е потешко да се детектираат квантните својства на светлината.
Колку е помала l => поголема енергијата Е на фотонот, толку е потешко да се детектираат брановите својства на светлината.
Врската помеѓу својствата на светлината со двојни честички-бранови може да се објасни ако се користи статистички пристап за да се земат предвид моделите на дистрибуција на светлината.
На пример, дифракција на светлината со процеп: кога светлината поминува низ процепот, фотоните се прераспределуваат во вселената. Бидејќи веројатноста фотонот да удри во различни точки на екранот не е иста, се појавува шема на дифракција. Осветлувањето на екранот (бројот на фотони што се спуштаат на него) е пропорционално на веројатноста фотон да ја погоди оваа точка. Од друга страна, осветлувањето на екранот е пропорционално на квадратот на амплитудата на бранот I~E 2 . Според тоа, квадратот на амплитудата на светлосниот бран во дадена точка во вселената е мерка за веројатноста фотон да удри во таа точка во вселената.
44. Шредингерова равенка за стационарни состојби.
Равенка (217.5) наречена Шредингерова равенка за стационарни состојби.Оваа равенка ја вклучува вкупната енергија како параметар Ечестички. Во теоријата на диференцијални равенки е докажано дека таквите равенки имаат бесконечен број решенија, од кои со наметнување гранични услови се избираат решенија кои имаат физичко значење. За Шредингеровата равенка, такви услови се условите за правилноста на брановите функции: брановите функции мора да бидат конечни, со една вредност и континуирани заедно со нивните први изводи. Така, само оние решенија кои се изразени со правилни функции имаат вистинско физичко значење Но, редовните решенија не се одвиваат за ниедна вредност на параметарот Е, асамо за одреден сет од нив, карактеристични за дадена задача. Овие енергетски вредности се нарекуваат свој.Решенија кои одговараат својсе нарекуваат енергетски вредности сопствени функции.Сопствени вредности Еможе да формира или континуирана или дискретна серија. Во првиот случај зборуваме за континуирано,или континуиран спектарво втората - за дискретен спектар.
40. Брановите на Де Брољ и нивните својства.
Де Брогли тврдеше дека не само фотоните, туку и електроните и сите други честички на материјата, заедно со корпускуларните, имаат и брановидни својства. Значи, според де Броље, со секој микрообјектсе поврзани, од една страна, корпускуларенкарактеристики - енергија Еи моментум Р,а од друга - бранови карактеристики- фреквенција v и бранова должина ДО.Квантитативните односи што ги поврзуваат корпускуларните и брановите својства на честичките се исти како кај фотоните: Е= hv, стр= ч/ . (213.1) Смелоста на хипотезата на Де Броље лежи токму во фактот дека релацијата (213.1) беше постулирана не само за фотоните, туку и за другите микрочестички, особено за оние што имаат маса на мирување. Така, секоја честичка со импулс е поврзана со процес на бран со одредена бранова должина според формулата на Де Броље: = ч/ стр. (213.2) Оваа релација важи за секоја честичка со импулс Р.Наскоро, хипотезата на Де Броље беше потврдена експериментално. (К. Дејвисон, Л. Гермер) открил дека зрак од електрони расеан од природна решетка за дифракција - никел кристал - дава посебна шема на дифракција. Максималната дифракција одговараше на формулата Вулф-Брег (182.1), а брановата должина на Браг се покажа дека е точно еднаква на брановата должина пресметана со формулата (213.2). Последователно, формулата на Де Брољ беше потврдена со експериментите на П. С. Тартаковски и Г. Томсон, кои го набљудуваа моделот на дифракција кога зрак од брзи електрони (енергија 50 keV) поминува низ метална фолија (дебелина 1 μm). Бидејќи шемата на дифракција беше проучена за проток на електрони, беше неопходно да се докаже дека својствата на брановите се својствени не само на протокот на голема збирка електрони, туку и на секој електрон поединечно. Ова беше експериментално потврдено во 1948 година. Советски физичар V. A. Fabrikant (р. 1907). Тој покажа дека дури и во случај на толку слаб електронски зрак, кога секој електрон поминува низ уредот независно од другите (временскиот интервал помеѓу два електрони е 10 4 пати поголем од времето потребно на електрон да помине низ уредот) , шемата на дифракција што се појавува за време на долга изложеност не се разликува од шемите на дифракција добиени со краткотрајно изложување на текови на електрони десетици милиони пати поинтензивни. Следствено, брановите својства на честичките не се својство на нивниот колектив, туку се својствени за секоја честичка поединечно. Последователно, беа откриени феномени на дифракција за неутрони, протони, атомски и молекуларни зраци. Експерименталниот доказ за присуството на брановите својства на микрочестичките доведе до заклучок дека пред нас имаме универзален феномен, општо својство на материјата. Но, тогаш својствата на брановите мора да бидат својствени и за макроскопските тела. Зошто не се откриени експериментално? На пример, честичка со маса од 1 g која се движи со брзина од 1 m/s одговара на бранот на де Брољ со =6,62 10 -31 m. Оваа бранова должина лежи надвор од регионот достапен за набљудување (периодични структури со период d10 -31 m не постои). Затоа, се верува дека макроскопските тела покажуваат само една страна од нивните својства - корпускуларната - и не ја покажуваат брановата. Идејата за двојната честичка-бранова природа на честичките на материјата дополнително се продлабочува со фактот што врската помеѓу вкупната енергија на честичката се пренесува на честички од материјата Ги фреквенција v на брановите на Де Брољ: e=hv. (213.3) Ова покажува дека односот помеѓу енергијата и фреквенцијата во формулата (213.3) има карактер универзален сооднос,важи и за фотоните и за сите други микрочестички. Валидноста на релацијата (213.3) произлегува од согласноста со искуството на оние теоретски резултати кои се добиени со негова помош во квантната механика, атомската и нуклеарната физика. Експериментално потврдената хипотеза на Де Броли за двојноста на брановите честички на својствата на материјата радикално ја промени идејата за својствата на микро-објектите. Сите микрообјекти имаат и корпускуларни и бранови својства; во исто време, ниту една од микрочестичките не може да се смета ниту за честичка, ниту за бран во класична смисла. Современата интерпретација на двојството бран-честичка може да се изрази со зборовите на советскиот теоретски физичар V. A. Fock (1898-1974): „Можеме да кажеме дека за атомски објект постои потенцијална можност да се манифестира, во зависност од надворешните услови. или како бран или како честичка, или на среден начин. Тоа е во ова потенцијална можностразлични манифестации на својства својствени на микрообјектот го сочинуваат дуализмот бран-честички. Секое друго, побуквално, разбирање на овој дуализам во форма на некаков модел е неточно“.
