Hvordan virker partikler i en bølge?

Her er en sammenbrud:

* Partikler: Tænk på ting som elektroner, fotoner eller endda atomer. Dette er diskrete, lokaliserede enheder med masse (undtagen fotoner).

* bølger: Dette er forstyrrelser, der rejser gennem rum og tid, kendetegnet ved deres bølgelængde (afstand mellem crests) og frekvens (hvor ofte de gentager).

Problemet: Klassisk fysik behandlede partikler og bølger som forskellige fænomener. Eksperimenter i begyndelsen af ​​det 20. århundrede demonstrerede imidlertid, at partikler kan udvise bølge-lignende opførsel og omvendt.

Nøgleeksperimenter:

* Youngs dobbelt spalteeksperiment: Når elektroner (eller fotoner) fyres mod en dobbelt spalte, skaber de et interferensmønster på en skærm bag spalterne, ligesom bølger gør. Dette mønster er umuligt at forklare, om elektroner simpelthen er partikler, der kører i lige linjer.

* Compton -spredning: Når fotoner kolliderer med elektroner, opfører de sig som partikler og overfører momentum til elektronerne og forklarer den observerede ændring i bølgelængde.

Fortolkningen: Denne dualitet betyder, at partikler og bølger ikke er separate enheder, men snarere to aspekter af den samme grundlæggende virkelighed.

Her er hvordan man tænker over det:

* Partikler har bølglignende egenskaber: Partikler kan beskrives ved bølgefunktioner, som er matematiske repræsentationer af deres sandsynlighed for at blive fundet på et bestemt sted. Bølgelængden af ​​denne bølgefunktion er relateret til partikelens momentum.

* bølger har partikellignende egenskaber: Bølger kan udvise egenskaber som energi og momentum, som typisk er forbundet med partikler.

Vigtige punkter:

* ikke en dobbelt karakter, men en samlet: Partikler er ikke undertiden bølger og undertiden partikler. De er altid begge, men deres bølgeagtige eller partikellignende aspekter bliver mere fremtrædende afhængigt af eksperimentet.

* sandsynlighed og usikkerhed: Bølgefunktionen beskriver sandsynligheden for at finde en partikel på et bestemt sted. Dette indebærer, at vi ikke samtidig kan kende både positionen og momentumet for en partikel med absolut sikkerhed, et princip, der er kendt som Heisenbergs usikkerhedsprincip.

I det væsentlige tvinger kvantemekanik os til at opgive det klassiske syn på partikler og bølger som separate enheder. I stedet skal vi omfavne begrebet bølgepartikel-dualitet, hvor begge aspekter er vigtige for en fuldstændig forståelse af universet i atom- og subatomiske skalaer.