noțiunea noastră de realitate este construită pe experiențele de zi cu zi. Dar dualitatea dintre undă și particule este atât de ciudată încât suntem forțați să reexaminăm concepțiile noastre comune.dualitatea undelor-particule se referă la proprietatea fundamentală a materiei unde, la un moment dat, apare ca o undă și totuși, într-un alt moment, acționează ca o particulă. pentru a înțelege dualitatea val-particule, merită să ne uităm la diferențele dintre particule și valuri.
Suntem cu toții familiarizați cu particule, indiferent dacă acestea sunt de marmura, granule de nisip, sare într-o sare agitator, atomi, electroni, și așa mai departe. proprietățile particulelor pot fi demonstrate cu o marmură. Marmura este o bucată sferică de sticlă situată la un moment dat în spațiu. Dacă lovim marmura cu degetul, îi dăm energie – aceasta este energie cinetică, iar marmura în mișcare ia această energie cu ea., O mână de bile aruncate în aer se prăbușesc, fiecare marmură dând energie acolo unde lovește podeaua.
în schimb, undele sunt răspândite. Exemple de valuri sunt role mari pe ocean deschis, valuri într-un iaz, undele sonore și undele luminoase.
dacă la un moment dat valul este localizat, ceva timp mai târziu se va întinde pe o regiune mare, precum ondulațiile când aruncăm o pietricică într-un iaz., Valul poartă cu el energie legată de mișcarea sa. Spre deosebire de particulă, energia este distribuită în spațiu, deoarece valul este răspândit.
De ce undele sunt atât de diferite de particule
particulele care se ciocnesc vor sări unul pe celălalt, dar undele care se ciocnesc trec unul pe altul și apar neschimbate. Dar undele suprapuse pot interfera – în cazul în care un jgheab se suprapune peste o creastă, Valul poate dispărea cu totul.
Acest lucru poate fi văzut atunci când părți ale unui val trece prin spațiate strâns găuri în ecran. Valurile se răspândesc în toate direcțiile și interferează, ducând la regiuni în spațiu unde valul dispare și regiuni în care devine mai puternic.,imaginea din stânga arată un exemplu al experimentului cu fantă dublă inventat de polimatul englez Thomas Young. Acest fenomen se numește difracție.
în schimb, o marmură aruncată pe ecran fie ricoșează, fie trece direct prin una dintre găuri. Pe cealaltă parte a ecranului, marmura va fi găsită călătorind într-una din cele două direcții, în funcție de gaura prin care a trecut.
Wave goodbye to waves
fenomenul de difracție este o proprietate binecunoscută a undelor luminoase., Dar la începutul secolului XX, a fost găsită o problemă cu teoriile undelor luminoase emise de obiecte fierbinți, cum ar fi cărbuni fierbinți într-un foc sau lumină de la soare.
această lumină se numește radiație a corpului negru. Aceste teorii ar prezice întotdeauna energia infinită pentru lumina emisă dincolo de capătul albastru al spectrului – catastrofa ultravioletă., răspunsul a fost să presupunem că energia undelor luminoase nu a fost continuă, ci a venit în cantități fixe, ca și cum ar fi fost compusă dintr-un număr mare de particule, cum ar fi mâna noastră de marmură. Așa că s – a născut ideea că undele luminoase acționează ca niște particule-aceste particule se numesc fotoni. dacă lumina, despre care am crezut că este asemănătoare undelor, se comportă și ca o particulă, s-ar putea ca obiecte precum electronii și atomii, care sunt asemănătoare particulelor, să se comporte ca niște unde?pentru a explica structura și comportamentul atomilor s-a considerat necesar să se presupună că particulele au proprietăți asemănătoare undelor., Dacă acest lucru este adevărat, o particulă ar trebui să difracteze printr-o pereche de găuri distanțate strâns, la fel ca o undă.experimentele au demonstrat că particulele atomice acționează la fel ca undele. Când tragem electroni într-o parte a ecranului cu două găuri distanțate strâns și măsurăm distribuția electronilor pe cealaltă parte, nu vedem două vârfuri, câte unul pentru fiecare gaură, ci un model complet de difracție, ca și cum am fi folosit unde. acesta este un alt exemplu al experimentului Young ‘ s slit pe care l-am arătat mai sus, dar de data aceasta folosind unde electronice., Aceste noțiuni formează baza teoriei cuantice, probabil cea mai de succes teorie pe care oamenii de știință au dezvoltat-o vreodată. lucrul bizar despre experimentul de difracție este că unda de electroni nu depune energie pe întreaga suprafață a detectorului, așa cum v-ați putea aștepta cu un val care se prăbușește pe țărm. energia electronului este depozitată într-un punct, la fel ca și cum ar fi o particulă. Deci, în timp ce electronul se propagă prin spațiu ca o undă, interacționează într-un punct ca o particulă. Aceasta este cunoscută sub numele de dualitate undă-particule.,
se mișcă în valuri misterioase
dacă electronul sau fotonul se propagă ca o undă, dar își depune energia într-un punct, ce se întâmplă cu restul valului?dispare, din tot spațiul, pentru a nu mai fi văzut niciodată! Cumva, acele părți ale valului îndepărtate de punctul de interacțiune știu că energia a fost pierdută și dispare instantaneu.,
Dacă acest lucru s-a întâmplat cu valurile oceanului, unul dintre surferi pe val ar primi toată energia și în acel moment un val al oceanului ar dispărea, de-a lungul lungime de plajă. Un surfer ar fi de fotografiere de-a lungul suprafeței apei, iar restul ar fi așezat becalmed pe suprafață. acest lucru se întâmplă cu fotonii, electronii și chiar undele atomice. În mod natural, această enigmă a supărat o mulțime de oameni de știință, inclusiv Einstein., Acesta este, de obicei, măturat sub covor și glibly menționată ca „prăbușirea funcției de undă” la măsurare.
anumite incertitudini
pe măsură ce valul se propagă, unde este particula? Nu știm sigur. Acesta este situat undeva în regiunea spațiului cu o dimensiune similară distribuției lungimilor de undă care definesc valul său. Acesta este cunoscut sub numele de principiul incertitudinii lui Heisenberg.pentru particulele obișnuite de zi cu zi, cum ar fi marmura, sarea și nisipul, lungimile lor de undă sunt atât de mici încât locația lor poate fi măsurată cu precizie., Pentru atomi și electroni, acest lucru devine mai puțin clar.
în experimentul de difracție, lungimea de undă a electronilor este mare, astfel încât locația electronului este foarte incertă. Electronul călătorește de fapt prin ambele fante simultan, la fel ca o undă. În ceea ce privește particulele, devine imposibil să ne imaginăm cu adevărat acest lucru, deoarece intră în conflict cu experiența de zi cu zi.,
Einstein îngrijorat în cazul în care particula se află de fapt și a decis informații lipsea în teoria cuantică. Într-o lucrare celebrată despre variabile ascunse, Einstein și colegii săi Nathan Rosen și Boris Podolsky au derivat două alternative: fie teoria cuantică a fost greșită, fie problema a locuit în noțiunea noastră de realitate în sine., o serie de experimente precise și inteligente au demonstrat că teoria cuantică a fost corectă și că noțiunea noastră de realitate este de vină (vezi inegalitatea lui Bell și paradoxul Einstein, Rosen și Podolsky).
comportamentul fantomatic
dar acest lucru nu este sfârșitul poveștii. Experimentele care au infirmat noțiunile noastre despre realitate au implicat două particule legate între ele ca o singură undă. Măsurătorile asupra unei particule afectează proprietățile fizice ale celeilalte particule, chiar dacă acestea pot fi îndepărtate. Aceasta este cunoscută sub numele de” acțiune înfricoșătoare la distanță ” și este o consecință a încurcării cuantice.,
este un concept foarte subtil, dar formează baza calculatoarelor cuantice și a criptografiei cuantice!
deci, ce este în neregulă cu realitatea?
în acest moment, întreaga problemă devine foarte dificilă pentru a vă gândi. Dar nu te îngrijora prea mult. După cum a spus Richard Feynman, laureat Nobel și om cu adevărat strălucit: „cred că pot spune cu siguranță că nimeni nu înțelege mecanica cuantică. cei mai mulți oameni care lucrează în acest domeniu se obișnuiesc cu conceptul și își continuă viața sau devin filosofi.
și în ceea ce privește realitatea?, cred că și Profesorul Feynman are ultimul cuvânt: „… paradoxul este doar un conflict între realitate și sentimentul tău despre ceea ce ar trebui să fie realitatea.Vezi mai multe articole explicative despre conversație.
