notre notion de réalité est construite sur des expériences quotidiennes. Mais la dualité onde-particule est si étrange que nous sommes obligés de réexaminer nos conceptions communes.
la dualité onde-particule fait référence à la propriété fondamentale de la matière où, à un moment, elle apparaît comme une onde, et pourtant à un autre moment, elle agit comme une particule.
pour comprendre la dualité onde-particule, il vaut la peine de regarder les différences entre les particules et les ondes.
Nous connaissons tous les particules, qu’il s’agisse de billes, de grains de sable, de sel dans une salière, d’atomes, d’électrons, etc.
Les propriétés des particules peut être démontrée avec un plateau en marbre. Le marbre est un morceau sphérique de verre situé à un moment donné dans l’espace. Si nous changeons le marbre avec le doigt, nous donne de l’énergie – c’est l’énergie cinétique, et le mouvement de marbre prend cette énergie avec elle., Une poignée de billes lancées en l’air s’écrasent, chaque marbre transmettant de l’énergie là où il frappe le sol.
en revanche, les ondes sont étalées. Des exemples de vagues sont les gros rouleaux en pleine mer, les ondulations dans un étang, les ondes sonores et les ondes lumineuses.
Si à un moment la vague est localisée, quelque temps plus tard elle se sera étendue sur une grande région, comme les ondulations lorsque nous déposons un caillou dans un étang., L’onde porte avec elle l’énergie liée à son mouvement. Contrairement à la particule, l’énergie est répartie dans l’espace car l’onde est étalée.
pourquoi les ondes sont si différentes des particules
Les particules en collision rebondiront les unes sur les autres, mais les ondes en collision passent les unes à travers les autres et émergent inchangées. Mais les vagues qui se chevauchent peuvent interférer – lorsqu’un creux chevauche une crête, l’onde peut disparaître complètement.
cela peut être vu lorsque des parties d’une onde passent à travers des trous rapprochés dans un écran. Les ondes s’étendent dans toutes les directions et interfèrent, conduisant à des régions dans l’espace où l’onde disparaît et des régions où elle devient plus forte.,
l’image de gauche montre un exemple de l’expérience à double fente inventée par le polymathe anglais Thomas Young. Ce phénomène est appelé diffraction.
En revanche, un marbre jeté à l’écran soit rebondit ou va directement à travers l’un des trous. De l’autre côté de l’écran, le marbre sera trouvé voyageant dans l’une des deux directions, selon le trou qu’il a traversé.
au revoir les vagues
Le phénomène de diffraction est bien connu, les biens d’ondes de lumière., Mais au début du 20ème siècle, un problème a été trouvé avec les théories des ondes lumineuses émises par des objets chauds, tels que les charbons ardents dans un feu ou la lumière du soleil.
Cette lumière est appelée rayonnement du corps noir. Ces théories prédisent toujours une énergie infinie pour la lumière émise au – delà de l’extrémité bleue du spectre-la catastrophe ultraviolette.,
la réponse a été de supposer que l’énergie des ondes lumineuses n’était pas continue mais venait en quantités fixes, comme si elle était composée d’un grand nombre de particules, comme notre poignée de billes. Donc, l’idée est venue que les ondes lumineuses agissent comme des particules-ces particules sont appelées photons.
Si la lumière, que nous pensions comme une onde, se comporte aussi comme une particule, se pourrait-il que des objets tels que les électrons et les atomes, qui sont comme des particules, puissent se comporter comme des ondes?
Pour expliquer la structure et le comportement des atomes, il a été jugé nécessaire de supposer que les particules ont des propriétés ondulatoires., Si cela est vrai, une particule devrait diffracter à travers une paire de trous étroitement espacés, tout comme une onde.
diffraction des électrons et des atomes
des expériences ont prouvé que les particules atomiques agissent comme des ondes. Lorsque nous tirons des électrons d’un côté d’un écran avec deux trous étroitement espacés et mesurons la distribution des électrons de l’autre côté, nous ne voyons pas deux pics, un pour chaque trou, mais un schéma de diffraction complet, comme si nous avions utilisé des ondes.
ceci est un autre exemple de L’expérience de fente de Young que nous avons montré ci-dessus, mais cette fois en utilisant des ondes électroniques., Ces notions forment la base de la théorie quantique, peut-être la théorie la plus réussie que les scientifiques aient jamais développée.
la chose bizarre à propos de l’expérience de diffraction est que l’onde électronique ne dépose pas d’énergie sur toute la surface du détecteur, comme vous pouvez vous y attendre avec une vague qui s’écrase sur le rivage.
L’énergie de l’électron est déposé sur un point, juste comme si c’était une particule. Ainsi, alors que l’électron se propage dans l’espace comme une onde, il interagit en un point comme une particule. Ceci est connu comme la dualité onde-particule.,
il se déplace dans des ondes mystérieuses
Si l’électron ou le photon se propage comme une onde mais dépose son énergie en un point, qu’arrive-t-il au reste de l’onde?
il disparaît, de tout l’espace, pour ne plus jamais être revu! D’une manière ou d’une autre, les parties de l’onde éloignées du point d’interaction savent que l’énergie a été perdue et disparaît instantanément.,
Si cela se produisait avec les vagues de l’océan, l’un des surfeurs sur la vague recevrait toute l’énergie et à ce moment-là, la vague de l’océan disparaîtrait, tout le long plage. Un surfeur tirerait le long de la surface de l’eau et le reste serait assis becalmed sur la surface.
c’est ce qui se passe avec les photons, les électrons et même les ondes atomiques. Naturellement, cette énigme a bouleversé beaucoup de scientifiques, Einstein inclus., Il est généralement balayé sous le tapis et glibly appelé « l’effondrement de la fonction d’onde” sur la mesure.
certaine incertitude
Au fur et à mesure que l’onde se propage, où est la particule? Eh bien, nous ne savons pas pour sûr. Il est situé quelque part dans la région de l’espace avec une dimension similaire à la distribution des longueurs d’onde qui définissent son onde. Ceci est connu comme le principe d’incertitude d’Heisenberg.
pour les particules courantes, telles que les billes, le sel et le sable, leurs longueurs d’onde sont si petites que leur emplacement peut être mesuré avec précision., Pour les atomes et les électrons, cela devient moins clair.
Dans l’expérience de diffraction des électrons de la longueur d’onde est grande, de sorte que la localisation de l’électron est très incertain. L’électron traverse en fait les deux fentes à la fois, tout comme une onde. En termes de particules, il devient impossible pour nous d’imaginer vraiment cela car cela entre en conflit avec l’expérience quotidienne.,
Einstein s’inquiétait de l’emplacement réel de la particule et décidait qu’il manquait des informations dans la théorie quantique. Dans un article célèbre sur les variables cachées, Einstein et ses collègues Nathan Rosen et Boris Podolsky ont dérivé deux alternatives: soit la théorie quantique était fausse, soit le problème résidait dans notre notion de réalité elle-même.,
Une série d’expériences précises et intelligentes ont prouvé que la théorie quantique était correcte et que notre notion de réalité était fautive (voir l’inégalité de Bell et le paradoxe D’Einstein, Rosen et Podolsky).
Fantomatique comportement
Mais ce n’est pas la fin de l’histoire. Les expériences qui ont réfuté nos notions de réalité impliquaient deux particules liées entre elles comme une seule onde. Les mesures sur une particule affectent les propriétés physiques de l’autre particule, même si elles peuvent être éloignées. Ceci est connu comme” action fantasmagorique à distance » et est une conséquence de l’intrication quantique.,
c’est un concept très subtil mais qui constitue la base des ordinateurs quantiques et de la cryptographie quantique!
alors qu’est-ce qui ne va pas avec la réalité?
à ce stade, tout le problème devient très difficile à comprendre. Mais ne soyez pas trop inquiet à ce sujet. Comme L’a dit Richard Feynman, lauréat du prix Nobel et homme vraiment brillant: « je pense que je peux dire sans risque que personne ne comprend la mécanique quantique. »
la plupart des gens qui travaillent dans ce domaine s’habituent au concept et continuent leur vie, ou deviennent philosophes.
Et comme pour la réalité?,
je pense que le professeur Feynman a aussi le dernier mot sur celui-ci: « the Le paradoxe n’est qu’un conflit entre la réalité et votre sentiment de ce que devrait être la réalité. »
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