Paul M. Sutter este astrofizician la Universitatea de Stat din Ohio, gazdă a Ask a Spaceman și Space Radio și autor al „locul tău în univers.”Sutter a contribuit la acest articol Space.com vocile experților: Op-Ed & Insights.
este o undă sau este o particulă? Aceasta pare o întrebare foarte simplă. Valurile sunt fenomene foarte distincte în universul nostru, la fel ca și particulele., Și avem diferite seturi de matematică pentru a descrie fiecare dintre ele. Deci, dacă vrem să mergem descrie întregul univers, acest lucru pare a fi un foarte util sistem de clasificare — cu excepția cazului când acesta nu este. Și nu în unul dintre cele mai importante aspecte ale universului: lumea subatomică. când vine vorba de lucruri precum fotoni și electroni, răspunsul la întrebarea ” se comportă ca valuri sau particule?”este … da.,
înrudit: antimateria este atât o particulă, cât și o undă, noul Experiment confirmă
două lumi
la prima vedere (și chiar la priviri mai profunde), undele și particulele sunt foarte diferite. O particulă este, cel mai bine cum o pot spune, un lucru. Este un obiect mic, unic, finit. Puteți ține o particulă în mână. Puteți arunca o particulă la altcineva și urmăriți-l sări de pe ele. Este localizat. Poți să îndrepți spre o particulă și să spui: „uite, particula este chiar acolo, exact unde arăt eu.”
particulele au impuls și poziții., Particulele se vor mișca în linii drepte până când ceva își schimbă direcția. Particulele pot sări de pe alte particule, și pot schimba traiectoriile. Gândiți-vă la gloanțe sau mașini de viteză. Nu sunt literalmente particule mici, subatomice, dar se comportă ca niște particule când lovesc alte lucruri.. Multe interacțiuni fizice pot fi descrise pur și simplu ca particule care se desprind una de cealaltă. pe de altă parte, valurile sunt aproape complet diferite. Nu sunt localizate., Dacă doriți să indicați unde este un val, trebuie să vă mișcați mâinile în jurul gesticulând vag, spunând :”Este peste tot acolo.”Nu poți ține valul în mână. În schimb, valul trece peste, în jurul sau chiar prin mâna ta.
Valurile sunt oscilații, ceea ce înseamnă că wiggle., Ei transportă energie dintr-un loc în altul. Valurile nu sări într-adevăr off de, dar în schimb interfera cu, unul pe altul. Uneori, când valurile vin împreună doar dreptul, creasta întâlni crestele, și veți obține valuri duble. Aceasta se numește ” interferență constructivă.”Dar, uneori, valurile se anulează reciproc și nu obțineți nimic-o interacțiune cunoscută sub numele de „interferență distructivă.”Valurile pot întoarce colțurile, iar atunci când trec prin deschideri înguste, pot să se împrăștie sau să difracteze. Există multe tipuri de valuri în universul nostru, cum ar fi valurile oceanului și valurile pe un Slinky.,atât undele cât și particulele sunt descrise de seturi foarte, foarte diferite de ecuații matematice. Deci, dacă doriți să descrieți ceva științific, mai întâi trebuie să decideți dacă este o undă sau o particulă; apoi puteți scoate instrumentele matematice corecte pentru a face predicții despre cum se va comporta și acționa. Și pentru câteva sute de ani, această linie de gândire a fost o abordare fină pentru rezolvarea tuturor problemelor fizicii din lume.
lumina este o undă … și o particulă
problemele cu această abordare au început cu lumina însăși., La începutul anilor 1800, omul de știință englez Thomas Young a jucat câteva jocuri cu lumină strălucind niște grinzi prin două deschideri înguste pe un ecran din spatele lor. Ceea ce a găsit a fost un model clasic de interferență cu dungi de intensitate variabilă pe ecran. Acesta este exact ceea ce ar face valurile de apă atunci când trec prin două canale înguste. Unele dintre undele de lumină s-ar adăuga împreună, iar unele dintre valuri s-ar anula, lăsând un model dungat pe ecranul din spate. Aceasta este o dovadă destul de solidă că lumina acționează ca o undă, pentru că exact asta fac valurile.,această idee a fost susținută câteva decenii mai târziu, când fizicianul scoțian James Clerk Maxwell și-a dat seama că electricitatea și magnetismul erau de fapt două fețe ale aceleiași monede electromagnetice și, în acest proces, și-a dat seama că lumina este valuri de electricitate și magnetism. Asta a dat o imagine concludentă cu privire la ceea ce face fluturarea când vine vorba de lumină: electricitatea și magnetismul său. Lumina este un val. Rezervați-l, făcut.apoi, la sfârșitul anilor 1800, fizicianul teoretic German Max Planck a aruncat o cheie de maimuță în tot ceea ce a studiat radiația corpului negru., Pentru a-și explica observațiile, el a propus ca lumina să poată fi emisă doar în bucăți mici discrete. Câțiva ani mai târziu, Albert Einstein și-a aruncat greutatea în materie studiind efectul fotoelectric și a propus că nu numai că lumina este emisă în bucăți mici, dar lumina însăși este formată din mici pachete de energie numite fotoni. Cu alte cuvinte, lumina se comporta ca o particulă în aceste experimente.deci, diferite tipuri de experimente fizice dezvăluiau diferite tipuri de proprietăți ale luminii. Uneori, lumina acționa ca un val, iar alteori, lumina acționa ca o particulă., Care a fost? Răspunsul este că este atât. Și devine și mai rău.în anii 1920, un tânăr fizician pe nume Louis de Broglie a făcut o sugestie radicală: deoarece lumina are energie, impuls și lungime de undă, iar materia are energie și impuls, poate și materia are lungime de undă. Asta e ceva ușor de spus, dar greu să-și încheie capul în jurul valorii de. Ce înseamnă pentru materie să aibă o lungime de undă? Sau de Broglie s-a înșelat îngrozitor?se pare că de Broglie a bătut-o., La prima înroșire, vă puteți întreba cum electronii ar putea fi altceva decât particule, pentru că îi puteți ține literalmente în mână și fac o mulțime de sărituri. Când trageți electroni prin două fante, ajungeți la același model de interferență exact pe care îl faceți cu luminile: alternând dungi verticale cu tot mai puțini electroni.
Ce se întâmplă? Electronii acționează ca niște unde când nu arată ca niște unde. Ce faci cu mâna?
răspunsul vine prin mecanica cuantică, iar descrierea acestui răspuns implică interpretarea unor matematici profunde. Cea mai obișnuită imagine, numită interpretarea de la Copenhaga, spune că valul pe care îl asociem cu materia este un val de probabilitate reprezentând toate locurile posibile în care o particulă ar putea fi data viitoare când o căutăm., Această gamă de probabilitate este descrisă de o ecuație care are aceleași oase matematice ca și cea a oricărei alte ecuații de undă. În această imagine, asta face fluturarea: locurile posibile în care ar putea fi particula.deci, pe măsură ce electronii trec prin fante în experimentul lui de Broglie, ei nu pot decide exact unde vor să fie. Aceste valuri de incertitudine se prăbușesc unul în celălalt și intervin, fuzionându-se și anulându-se reciproc la fel ca orice alte valuri. Apoi, când unda unui electron atinge ecranul din spate, particula trebuie să decidă în cele din urmă unde să aterizeze., Încet, electron cu electron, modelul undelor se acumulează.la fel ca lumina, uneori Materia acționează ca o particulă și, uneori, acționează ca un val. Deci, lumina și materia sunt făcute din valuri sau particule? Răspunsul este ambele, un fel de.
- Acolo și Înapoi din Nou: oamenii de Stiinta Fascicul de Fotoni de Spațiu pentru a Testa Teoria Cuantică
- 3 Moduri de Particule Fundamentale Călători la (Aproape) Viteza Luminii
- cel mai Mare de Molecule Încă se Comportă Ca Undele Cuantice Double-Slit Experiment
Urmați-ne pe Twitter @Spacedotcom și pe Facebook.,
