хөнгөн дуализм. Долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал

Энэ өгүүлэлд Планкийн тогтмолын физик шинж чанарын үндсэн дээр корпускул-долгионы дуализмын бүх нийтийн мөн чанарын тухай Л.Де Бройлийн таамаг зөв биш бөгөөд онолын ч, туршилтын ч баталгаагүй болохыг харуулсан.

“... хүндрэл, бэрхшээлүүдквант үзэгдлүүдтэй холбоотой үүсдэг, цэвэр физик шинж чанартай бөгөөд танин мэдэхүйн болон ид шидийн зохиомол зохиомлоор гажуудуулахгүйгээр шинжлэх ухааны санааг гүнзгийрүүлэх замаар шийдвэрлэх ёстой."

Квантын физикийн домог зүй. Л.Регелсон.

Оршил.дагуу орчин үеийн санаанууд : Корпускуляр долгионы дуализм нь бүх бичил биетүүд нэгэн зэрэг корпускул болон долгионы шинж чанартай байдагт оршдог байгалийн хамгийн чухал түгээмэл шинж чанар юм. Жишээлбэл, электрон, нейтрон, фотон нь зарим нөхцөлд сонгодог траекторийн дагуу хөдөлж, тодорхой энерги, импульстэй бөөмс хэлбэрээр гарч ирдэг бол зарим тохиолдолд тэдгээр нь үзэгдлийн онцлог шинж чанарыг илтгэдэг.хөндлөнгийн оролцоо болондифракц тоосонцор. Үндсэн зарчмын хувьд долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал нь квант механик ба квант талбайн онолын үндэс суурь болдог.

Орчин үеийн шинжлэх ухааны ойлголтоор квант физикийн гол шинж чанаруудын нэг нь долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал байдаг гэсэн үзэл бодол баттай нотлогдсон. Жишээлбэл:

“Долгион бөөмсийн хоёрдмол байдлын тухай ойлголт бол үүний нэг юм үндсэн ойлголтуудорчин үеийн квант онол."

“Материйн бүтцийн талаарх орчин үеийн ойлголтыг хөгжүүлэх чухал үе шат бол дэвшилтэт үе юмде Бройль 1924 онд долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлын нийтлэг байдлын тухай таамаглал.

"Өмнө нь болсон бүх зүйлээс бид бичил харуурын биетүүд хоорондоо үл нийцэх мэт хоёр тал дээр өөрсдийгөө илчлэх туйлын ерөнхий шинж чанартай байдаг гэж дүгнэж байна: нэг талаас, долгионы давхцал, нөгөө талаас, бөөмс, жишээлбэл, нутагшсан хэсэг. эрч хүч, эрч хүч."

“Цацраг болон 0-ээс өөр тайван масстай бөөмс хэлбэрийн аль аль нь байдаг бодисын шинж чанарын корпускуляр-долгионы хоёрдмол байдал юм. хамгийн чухал шинж чанарбичил ертөнцийг тодорхойлдог янз бүрийн үндсэн зүй тогтлын үндэс суурь болдог бодис."

20-р зууны эхээр хэд хэдэн чухал нээлтүүд (фотоэлектрик эффект, Комптон эффект, электроны дифракц гэх мэт) хийгдсэн бөгөөд энэ нь бодисын энгийн бөөмс, ялангуяа электронууд нь зөвхөн корпускуляр биш, харин электронууд байдаг гэсэн дүр төрхийг бий болгосон. мөн долгионы шинж чанартай. Ийм байдлаар матери ба талбайн хооронд давшгүй хил байхгүй гэдгийг туршилтаар нотолсон: тодорхой нөхцөлд бодисын энгийн бөөмс долгионы шинж чанарыг, талбайн бөөмс нь корпускулын шинж чанарыг харуулдаг. Энэ нь долгион-бөөмийн дуализм гэж нэрлэгдэх болсон бөгөөд энгийн нийтлэг ойлголтыг үл тоомсорлосон ойлголт юм.

“Орон зайн өргөтгөсөн талбар ба орон зайд нутагшсан бөөмсийн үзэл баримтлалын хоорондох зөрчилдөөн нь маш гүн гүнзгий болж, бүхэл бүтэн философийн сургууль үүссэн бөгөөд ерөнхийдөө орхигдсон. сонгодог аргафизик объектыг ажиглалт хийхэд ашигладаг хэрэглүүрээс үл хамааран орон зай, цаг хугацааны бодит байдал гэж дүрслэх. Энэ байдлаас гарах бодит арга замыг эрэлхийлэхийн тулд хоёр үндсэн замыг тодорхойлсон: Де Бройль, Бом нар орон нутгийн бөөмс (корпускул) гэсэн ойлголтыг онолын үндсэн ойлголтуудын дунд байлгах шаардлагатай гэж үзсэн бол Планк, ялангуяа, Шредингер монист долгионы зургийг хамгаалсан.

Эхний зам нь онолын үндэслэлийн зохиомол байдалтай холбоотой болж, математикийн асар их бэрхшээлийг дагуулсан. Хоёрдахь арга нь илүү бүтээмжтэй юм шиг санагддаг, учир нь квант физикийн амжилттай ажиллаж буй математик аппарат нь долгионы хэв маягтай яг таарч байна: корпускуляр тал нь зөвхөн тайлбарлах явцад гарч ирдэг. Гэсэн хэдий ч нэн даруй асуулт гарч ирнэ: бодит долгионы загварыг хамгийн энгийн туршилтын баримтуудтай нэгтгэж чадах уу? Энэ ажилдаа бид дан харилцан үйлчлэлийн үед эрчим хүч, цэнэгийн хадгалалтын хуулийг туршилтаар ажигласан зөрчил гаргасан тохиолдолд л ийм тохиролцоонд хүрэх боломжтой гэсэн дүгнэлтэд хүрч байна."

Корпускуляр-долгионы дуализмыг тайлбарлах, эдгээр эсрэг шинж чанаруудын хоорондын холболтын механизмыг тайлахдаа квант механик маш их бэрхшээлтэй тулгарсан бөгөөд өнөөг хүртэл бүрэн даван туулж чадаагүй байна. Механик талаас нь харахад эсрэг талын корпускуляр ба долгионы шинж чанарууд нь бие биенээсээ салж, шинж чанар болсон. янз бүрийн объектууд. Эцсийн эцэст энэ нь одоо энэ үзэл баримтлалыг буруу гэж бараг үгүйсгэж байна гэсэн ойлголтод хүргэсэн.

Гэсэн хэдий ч орчин үеийн бүх боловсрол, арга зүй, эрдэм шинжилгээний уран зохиолууд долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлыг бичил ертөнцийн физикийн янз бүрийн үзэгдлүүдийг тайлбарлахад чухал ач холбогдолтой ойлголт болгон ашигладаг бөгөөд энэ ойлголтын утгагүй, нийцтэй байдлыг үл тоомсорлодог. Уламжлалт физикийн хүрээнд энэхүү үзэл баримтлал хангалтгүй байгаагийн ноцтой нотолгоог өгөх боломжгүй гэж уриалж, улмаар квант механик ба квант талбайн онолын физик үндэс суурийг бий болгоход тусалсан энэхүү логик зөрчилдөөнийг шийдвэрлэхийг санал болгов. бөөмс ба долгионы талаархи харааны (сонгодог) санаанууд. Долгионы үзэгдлийг корпускуляр ойлголтын үндсэн дээр тайлбарлахын тулд төлөв байдлын суперпозиция зарчмыг дагаж микро бөөмс (болон микро бөөмсийн систем) -ийн тодорхойлолтыг төлөв вектор ашиглан нэвтрүүлж, тэдгээрийн статистик (магадлал) тайлбарыг баталсан нь үүнийг хийх боломжтой болгосон. корпускуляр ойлголттой албан ёсны логик зөрчилдөөнөөс зайлсхийх (хэд хэдэн өөр мужид бөөмсийг нэгэн зэрэг байрлуулах). Нөгөө талаас сонгодог (долгион) талбаруудыг авч үзвэл механик системХязгааргүй тооны эрх чөлөөний зэрэгтэй бөгөөд эдгээр эрх чөлөөний зэрэг нь квантчлалын тодорхой нөхцөлийг дагаж мөрдөхийг шаарддаг тул квант талбайн онолоор сонгодог талбараас квант талбар руу шилждэг. Энэ хандлагад бөөмс нь системийн (талбар) өдөөгдсөн төлөвийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ тохиолдолд бөөмсийн харилцан үйлчлэл нь тэдгээрийн талбайн харилцан үйлчлэлтэй тохирч байна.

Энэ асуудлыг шийдэх бусад оролдлого, тухайлбал диалектик хандлага нь микро объектод нэгэн зэрэг оршдог, гэхдээ туршилтын янз бүрийн нөхцлөөс хамааран өөр өөрөөр илэрдэг корпускуляр долгионы шинж чанаруудын объектив байдлыг онцолдог; Микро объектуудын нэгдмэл байдал, харилцан уялдаатай эдгээр эсрэг шинж чанаруудын талаархи мэдлэгт анхаарлаа хандуулдаг. Лангевин, В.А.Фок, С.Вавилов болон бусад эрдэмтдийн боловсруулсан корпускуляр-долгионы дуализмын энэхүү тайлбар нь микро бөөмийг корпускул эсвэл долгион биш, харин харааны физик дүрслэл хараахан байхгүй байгаа гуравдахь зүйл болох тэдгээрийн синтез гэж үздэг. Энэхүү нэгдлийн математик томъёоллыг долгионы функцийн үзэл баримтлалд өгсөн болно.

Корпускуляр долгионы хоёрдмол байдлын асуудал нь түүний хувьд тааламжгүй нөхцөл байдалд биш, харин фотоны корпускуляр долгионы хоёрдмол байдлын санааг бүх объектод нэгтгэх оролдлого хийсэн түүнийг бүтээгчдийн оюун ухаанд байгаа нь ойлгомжтой. бичил ертөнц ба юуны түрүүнд электронууд.

Дээр дурдсан зүйлс дээр үндэслэн физикийн хөгжлийг бүхэлд нь тодорхойлдог тул энэ асуудлын ийм байдлыг тайлбарлах ажил нь өнөө үед хамааралтай болж байна: домог зохиох, эсвэл хөгжүүлэх зам. орчин үеийн ойлголтууджишээлбэл, этеродинамик, уламжлалт физикийн асуудлууд, тэр дундаа корпускуляр долгионы дуализмыг арилгах.

Корпускуляр-долгионы дуализмын үндэслэл, дүн шинжилгээ. 1900 онд М.Планк дулааны цацрагийн тэнцвэрийн хуулийг тайлбарлахын тулд цацрагийн энерги нь тодорхой ε утгын үржвэр гэж үзэн цацрагийн салангид шинж чанарын тухай таамаглалыг хүлээн зөвшөөрөх шаардлагатайг харуулсан бөгөөд үүнийг өөрийн нэрлэсэн. энергийн квант: ε = hν, энд ν нь долгионы давтамж, h нь Планкийн тогтмол юм. Дараа нь ħ = h/2π ≈ 1.05 10 -27 erg s утга нь илүү тохиромжтой, дараа нь ε = ħω, энд ω = 2πν нь долгионы дугуй давтамж юм. Цацрагийн салангид шинж чанартай гэсэн таамаглал нь гэрлийн долгионы онолтой зөрчилдөж байсан тул гэрлийн долгионы энерги нь цахилгаан соронзон хэлбэлзлийн далайцын квадраттай пропорциональ ямар ч (тасралтгүй) утгыг авч чаддаг тул Планк эхлээд үүнийг холбосон. ялгаруулагч (атом) шинж чанар бүхий цацрагийн энергийн салангид байдал. Гэвч 1905 онд А.Эйнштейн Виенийн туршилтаар тогтоосон цацрагийн хуулиас (энэ нь өндөр давтамжид хүчинтэй, Планкийн цацрагийн хуулийн хязгаарлагдмал тохиолдол юм: Хагарал нь ε = ħω энергитэй бөөмсөөс бүрдэх хийн энтропитэй давхцаж байна. ε = ħω энергийн квантыг тээж, гэрлийн хурдаар хөдөлдөг гэрлийн бөөмс - фотонуудын тухай санаа ингэж гарч ирсэн юм. Дараа нь харьцангуй кинематик дээр үндэслэн фотонуудад импульс p = (ħω/c) n = ħk, энд n нь фотоны хөдөлгөөний чиглэлийн дагуух нэгж вектор, k = (ω/c) n = (2π/λ) n байна. долгионы вектор юм. Фотонуудын тухай ойлголтыг фотоэлектрик эффект ба bremsstrahlung спектрийн хуулиудыг тайлбарлахад амжилттай ашигласан.

1913 онд Н.Бор устөрөгчийн атомын хөдөлгөөнгүй төлөвийг тодорхойлохдоо Планкийн тогтмолыг ашигласан. Үүний зэрэгцээ тэрээр туршилтаар ажиглагдсан спектрийн зүй тогтлыг тайлбарлаж, атомын радиус ба Ридбергийн тогтмолыг электрон цэнэг, түүний масс, Планкийн тогтмол байдлын хувьд илэрхийлж чадсан нь туршилтын өгөгдөл. Атом дахь электронуудын хөдөлгөөнгүй төлөвийг олох аргыг А.Зоммерфельд сайжруулж, хөдөлгөөнгүй тойрог замын хувьд сонгодог үйлдэл нь 2ph-ийн бүхэл үржвэр болохыг харуулсан. Өмнө нь зөвхөн корпускул болон долгионы шинж чанарыг холбосон атомын үзэгдлийг тайлбарлахын тулд квант ойлголт, Планкийн тогтмолыг ашигласан Борын онолын амжилт цахилгаан соронзон цацраг, электронуудад ч долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал байгааг санал болгосон. Үүнтэй холбогдуулан 1924 онд Л.де Бройль корпускуляр-долгионы дуализмын бүх нийтийн шинж чанарын тухай таамаглал дэвшүүлэв. Де Бройлийн таамаглалаар энерги ε, импульс p нь хөдөлж буй аливаа бөөм нь ω = ε/ħ долгионтой, долгионы вектор k = p/ħ долгионтой тохирч, ε = ħω, импульс p = ħk энергитэй бөөмсүүдтэй холбоотой байдаг шиг. ямар ч долгион.

Де Бройлийн таамаглалын анхны туршилтын баталгааг 1927 онд Америкийн физикч К.Дэвиссон, Л.Гермер нар олж авчээ. Тэд никелийн талстаар цацагдсан электрон цацраг нь талстаар тараагдсан богино долгионы рентген туяанаас үүссэнтэй адил ялгаатай дифракцийн хэв маягийг үүсгэдэг болохыг олж мэдэв. Эдгээр туршилтуудад болор нь байгалийн дифракцийн торны үүрэг гүйцэтгэсэн. Дифракцийн максимумын байрлалыг электрон цацрагийн долгионы уртыг тодорхойлоход ашигласан бөгөөд энэ нь де Бройль томьёогоор тооцоолсонтой бүрэн нийцэж байна.

Дараа жил нь буюу 1928 онд Английн физикч Г.Томсон (30 жилийн өмнө электроныг нээсэн Ж. Томсоны хүү) де Бройлийн таамаглалыг шинэчлэн баталжээ. Г.Томсон туршилт хийхдээ электрон цацраг нимгэн поликристал алтан ялтас дамжин өнгөрөх үед үүсэх дифракцийн загварыг ажигласан. Дараагийн жилүүдэд Г.Томсоны туршилтыг олон удаа давтаж, ижил үр дүнд хүрсэн бөгөөд үүний дотор электроны урсгал маш сул байсан тул төхөөрөмжөөр нэг удаад зөвхөн нэг бөөмс дамжин өнгөрдөг байсан (V. A. Fabrikant, 1948). Тиймээс долгионы шинж чанар нь зөвхөн электронуудын том багцад төдийгүй электрон тус бүрд тус тусад нь байдаг нь туршилтаар батлагдсан.

Үүний дараа нейтрон, протон, атом ба молекулын цацрагт дифракцийн үзэгдлийг илрүүлсэн. Микробөөмийн долгионы шинж чанар байгаа эсэхийг туршилтаар нотолсон нь энэ нь бүх нийтийн байгалийн үзэгдэл гэсэн дүгнэлтэд хүргэсэн. нийтлэг өмчасуудал.

Дээр дурдсанаас үзэхэд долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлын утгагүй байдал, үл нийцэх байдлыг дээр дурдсан үндэслэлээс хайх хэрэгтэй. Гэсэн хэдий ч энэ асуудлын түүхэн гарал үүслийг авч үзэхгүйгээр ийм шийдэлд хүрэх боломжгүй юм.

Нээлтүүд XIX сүүл in. - Рентген туяа (1895), байгалийн цацраг идэвхт чанар (Беккерел, 1896), электрон (Ж. Томсон, 1897), радий (Пьер, Мари Кюри, 1898), квант цацраг (Планк, 1900) нь шинжлэх ухаанд хувьсгалын эхлэл байв. . Өмнө нь зонхилж байсан хувирашгүй байдлын тухай ойлголтыг устгасан химийн элементүүд, атомын бүтэц байхгүй, материаллаг массаас бие даасан хөдөлгөөн, цацрагийн тасралтгүй байдлын тухай.

Гэсэн хэдий ч зуу гаруй жилийн дараа орчин үеийн физикийн үйл ажиллагааны үр дүнд XIX зууны сүүл үеийн хувьсгалт нээлтүүд гарч ирэв. онолын хувьд шийдэгдээгүй хэвээр байсан, ялангуяа рентген туяа үүсгэх асуудлыг бремстрахлунг электрон онол (чөлөөт электрон домгийн хувилбар) дээр үндэслэн авч үздэг, цацраг идэвхт байдлын онол нь алдаа, зөрчилдөөнөөр дүүрэн байдаг, цацрагийн квант шинж чанар. Энэ нь Планкийн тогтмол (h) ба нарийн бүтэц (α)-ийн тухай нууцлагдмал байдалд хүргэсэн бөгөөд электроныг нээхтэй холбоотой ажил нь бүх онолын физикийг эргүүлсэн юм. Бүтээлд дурдсанчлан электроныг нээсэн нь зөвхөн домогжсон төдийгүй хэд хэдэн бүдүүлэг алдааг бий болгосон: цахилгаан цэнэгийн квант болон салангид байдлын тухай; энгийн цахилгаан цэнэгийн тухай; цахилгаан цэнэгийн физик зөөвөрлөгч нь тогтоогдоогүй Милликаны туршилтын үр дүнд үндэслэсэн байдлын талаар; Анхан шатныхтай тэнцүү сөрөг цахилгаан цэнэгийн электронд үндэслэлгүй, хөнгөмсөг хуваарилалтын тухай. Хэрэв бид үүн дээр нэмбэл орчин үеийн физикт үндсэн элементар бөөмс (протон, электрон, фотон) -ын бүтэц, тэдгээрийн үүсэх механизм, функциональ зорилго, параметр, шинж чанаруудын талаар ямар ч ойлголтгүй, ховор тохиолдлуудыг эс тооцвол ... Долгион бөөмийн хоёрдмол байдал ба түүний үндэслэл нь квант механикийн түүхэнд төрсөн өөр нэг домог болжээ.

Фотоны корпускул-долгионы хоёрдмол байдал нь спираль траекторийн дагуу орон зай дахь фотоны хөдөлгөөний өвөрмөц шинж чанарыг тийм ч амжилттай тусгадаггүй бөгөөд Планкийн тогтмол нь фотоны өөрийнх нь хоорондын хамаарлыг тогтоодог пропорциональ коэффициент юм. Гироскопийн момент ба дугуй эргэлтийн давтамжийн харьцаа (өөрийн болон тэнхлэгийн эргэн тойронд) шулуун шугаман хөдөлгөөн), фотон оршин тогтнох бүх бүсэд бараг тогтмол шинж чанартай:

M = h ω λ / ω γλ , (1)

Энд M = m λ r γλ 2 ω γλ нь гироскопийн дотоод момент, r γλ нь биеийн радиус, ω γλ нь өөрийн тэнхлэгийг тойрон эргэх дугуй давтамж, ω λ = ν нь тэнхлэгийг тойрон эргэх дугуй давтамж юм. шулуун хөдөлгөөний тэнхлэг, m λ нь фотоны масс юм.

Орчин үеийн үзэл баримтлалын дагуу Планк тогтмол нь квант онолын үндсэн тогтмол зүйл бөгөөд 2011 оны 10-р сарын 17-21-ний өдрүүдэд Хэмжих жингийн XXIV Ерөнхий бага хурлаар (ХХБХ) санал нэгтэй тогтоол баталж, тухайлбал, Олон улсын нэгжийн системийн (SI ) ирээдүйн шинэчилсэн найруулгад SI нэгжийг дахин тодорхойлохыг санал болгосон бөгөөд ингэснээр Планкийн тогтмол нь яг 6.62606X 10 −34 J с байх ба X нь нэг буюу хэд хэдэн чухал утгыг орлоно. хамгийн сайн CODATA зөвлөмжүүд.

Энэхүү баримт бичигт h = 6.62606X 10 −34 J s утга нь λ ≈ 225 нм долгионы урттай цацрагийн цацрагийн муж дахь фотоны Планкийн тогтмолын хоёр дахин их утгатай тохирч байгааг харуулсан бөгөөд энэ нь λ ≈ 225 нм долгионы урттай байх тухай асуултыг бий болгож байна. квант онолын хүрэлцээ.

Планкийн тогтмол нь фотоны параметр бөгөөд зөвхөн фотон юм.Энэхүү мэдэгдэл нь Планкийн тогтмол (1)-ийн физик мөн чанарын үр дагавар юм: бүх мэдэгдэж буй энгийн бөөмсүүдийн дотроос зөвхөн фотон нь мушгиа траекторийн дагуу орон зайд хөдөлдөг, өөрөөр хэлбэл энэ нь хоёр дугуй хөдөлгөөнтэй байдаг - өөрийн тэнхлэг ба шулуун хөдөлгөөний тэнхлэгийг тойрон. . Иймд Бор, Соммерфельд нар устөрөгчийн атом дахь электронуудын хөдөлгөөнгүй төлөвийг тодорхойлохдоо Планкийн тогтмолыг ашигласан нь мөн чанар хоорондын зөрүүг харгалзан буруу гэж үзэх хэрэгтэй. Мэдэгдэж байгаагаар Борын онолыг хожим квант физикийн домог зүйд шилжүүлсэн. Дээрхтэй холбогдуулан корпускул-долгионы дуализмын бүх нийтийн шинж чанарын тухай Л.Де Бройлийн таамаг үнэнд нийцэхгүй байна. Хэрэв бид атом дахь электрон байхгүй гэдгийг харгалзан үзвэл бие даасан хөдөлгөөнмөн түүний цахилгаан цэнэг эерэг ба протоны цахилгаан цэнэгээс бага байвал Л.Де Бройлийн таамаглалыг мөн квант физикийн домог зүйд хамааруулж болно. Нейтрон, протон, атом ба молекулын цацраг гэх мэт бусад бичил хэсгүүдийн хувьд эдгээр бодол санааг давтаж болно.

Корпускуляр долгионы хоёрдмол байдлын туршилтын баталгааны хувьд энэ хэсэгт тайлбарын буруу нь дараахь зүйлд оршдог.

Туршилтын физикчид К.Дэвиссон, Л.Гермер нарын туршилтаас эхлээд бүх туршилтууддаа туршилтын төхөөрөмжөөр электрон цацраг үүсгэх нөхцөлийг баримталсан бөгөөд үүнийг хэн ч нотлоогүй, нотлоогүй, гэхдээ ямар ч ойлголтгүйгээр энгийн гэж үздэг. электроныг нээсэн тухай домогоос үүдэлтэй онолын физикийн алдаа.

20-р зууны эхэн үеийн физикийн хамгийн бүдүүлэг алдаа. , атомын цахилгаан ба бодисын атомуудын дүрслэлийг тодорхойлох явдал байв. Энэхүү тодорхойлолтын нэг үр дүн нь өдөр тутмын физикт чөлөөт электронуудын загвар буюу Соммерфельд загвар эсвэл Друд-Зоммерфельд загвар гэгддэг металлын атом дахь валентийн электронуудын төлөв байдлын энгийн квант загвар гарч ирсэн явдал байв. Соммерфельд сонгодог Drude загвар дээр үндэслэн Ферми квант механик статистикийг харгалзан үзсэн - Дирак. Металлын электронуудыг энэ загварт Ферми хий гэж үздэг.

Соммерфельд загвар болон Друдын ​​загвар хоёрын ялгаа нь металлын бүх валентийн электронууд кинетик процесст оролцдоггүй, харин зөвхөн Ферми энергийн kT дотор энергитэй байдаг бөгөөд k нь Больцманы тогтмол, T нь температур юм. Энгийн байдлаас үл хамааран загвар нь маш их зүйлийг тайлбарладаг янз бүрийн үзэгдэл, үүнд: термионы ялгаралт ба талбайн ялгаралт (өөрөөр хэлбэл электрон бууны ажиллагаа).

Соммерфельд загвар нь Ферми-Диракийн тархалтыг ашигладаг чөлөөт, бие даасан Ферми электронуудын хийн квант загвар бөгөөд энэ нь Планк тогтмолыг өргөн ашигладаг математик тайлбарт загвар юм. Дээр авч үзсэн Планк тогтмолын физик шинж чанараас үзэхэд түүний Соммерфельд загварт (электрон параметр болгон) шууд ашиглах нь зөв биш бөгөөд чөлөөт ба бие даасан электронуудын хийн загварт тохирохгүй байна.

Муухай загвар - сонгодог тайлбарметалл дахь электронуудын хөдөлгөөн. Метал дахь чөлөөт электронууд ("тэдний" атомуудтай холбоо тасарсан электронууд) нь идеал хийн хуулиудад захирагддаг гэж үздэг. Энэ онолыг Германы физикч Пол Друд 1900 онд, өөрөөр хэлбэл электроны тухай санаа нь үл мэдэгдэх биетийн цахилгаан цэнэгийг зөөвөрлөх бөөмсийн талаархи санаатай нийцэж байсан тэр үед санал болгосон.

Тиймээс квант механикийн загварт бараг тогтмол шинж чанартай фотоны параметр (жишээ нь, Планкийн тогтмол нь фотоны долгионы уртын функц) болох Планкийн тогтмолыг буруу ашигласан нь зөвхөн тэдгээрийг ашиглах боломжтой эсэх тухай асуултыг бий болгож байна. долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлыг нотлох төдийгүй бусад физик үзэгдлийг ерөнхийд нь шинжлэхэд зориулагдсан.

Электрон буу нь электрон урсгал үүсгэдэггүй гэдгийг мөн цахилгаан цэнэгийн физик мөн чанарын талаархи санааг ашиглан зөвтгөж болно. Математик тооцооллыг орхигдуулбал протон-электрон хосуудын холболтын энерги, жишээлбэл, бодисын зарим атомын хувьд дараахь утгатай болохыг харуулж болно. цезий- (атомын радиус 2.98 10 -10 м) 3.465 10 4 эВ, цайр(1.42 10 -10 м) 7.27 10 4 эВ , гелий(0.32 10 -10 м) 3.227 10 5 эВ. Эдгээр жишээн дээр электрон нь атомын гадна талд байдаг протон-электрон хосуудын мэдээллийг өгсөн болно, өөрөөр хэлбэл заасан протон-электрон хос атомуудын холболтын энерги хамгийн бага байдаг. Цезийн атом нь хамгийн том нь (хэмжээний хувьд), гелийн атом нь Д.Менделеевийн химийн элементүүдийн үелэх системээс мэдэгдэж байгаа бүхнээс хамгийн жижиг нь юм.

Семинар дээр бид уншдаг Цагаан будаа. 3.3. Томсоны туршлага. …c) 600 эВ энергитэй электронуудыг сарниулснаар олж авсан дифракцийн загвар". Дээрх протон-электрон хосуудын холболтын энергиээс харахад энэ холбоо тасарсан тохиолдолд электроны хамгийн бага энерги нь 34.65 кеВ (>> 0) байх болно. 6 кВ) хэрэв цезийг электрон бууны идэвхжүүлсэн бодис болгон ашигласан бол. Тиймээс Томсон электронуудын дифракцийг ямар ч байдлаар ажиглаж чадаагүй бөгөөд учир нь тэдгээрийг заасан эрчим хүчээр үүсгэх боломжгүй юм.

Зөөлөн рентген цацраг нь 10 нм-ээс 0.1 нм хүртэлх долгионы урттай, фотоны энерги нь 124 эВ -12400 эВ байдаг нь мэдэгдэж байна. Мэдээжийн хэрэг, физикчдийн "электрон дифракц" дээр хийсэн туршилтууд нь рентген фотонуудын дифракцын туршилтуудтай илүү нийцэж байгаа нь интерференцийн хэв маягийн давхцлаас харагдаж байна.

Интерференцийн үзэгдлийг зөвхөн долгион төдийгүй корпускулын онолын хүрээнд хялбархан тайлбарлаж болох тул долгионы шинж чанарын нотолгоо болж чадахгүй.

Дүгнэлт.Уламжлалт физик нь дуализмын үед микро бөөмсийн корпускуляр шинж чанар, хөдөлгөөний долгионы шинж чанарыг ойлгодог бөгөөд долгионы тухай ойлголт нь тодорхой орчны цочрол, микробөөмсийг илрүүлэх магадлалын долгионы санаагаар солигддог. орон зайн тодорхой цэг.

Корпускуляр-долгионы дуализмын түүхэн үндсийг мушгиа зам ба Планкийн тогтмол дагуу сансарт фотоны хөдөлгөөний тодорхой хэлбэр гэж үзэх нь зүйтэй.

20-р зууны эхэн үеийн онолын физикт Планкийн тогтмол хэмжигдэхүүний физикийн мөн чанарыг буруу ойлгосон, олон тооны бүдүүлэг алдаа гаргасан нь алдаатай санааг бий болгосны нэг нь долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал байв.

Өнөөдрийг хүртэл байгальд долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлын логик зөв, туршилтын нотолгоо байхгүй байна.

"Квантын онол"-ын хувьд энэ нь эмпирик өгөгдлийг амжилттай ойролцоолсон математикийн хийсвэрлэлтэй илүү төстэй юм.

Уран зохиол:

1. http://femto.com.ua/articles/part_1/1773.html Корпускуляр-долгионы дуализм.
2. Славнов Д.А.Корпускуляр долгионы дуализм // Энгийн бөөмс ба атомын цөмийн физик. - 2015. - V. 46, No 4. - S. 1200–1225.
3. https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1006/1006.0016.pdf Горюнов А.В. БӨӨСИЙН ЗАГВАР БОЛГОЖ ДАЛГАЛЖ БАЙНА.
4. Ишханов Б.С., Степанов М.Е., Третьякова Т.Ю.Бөөмийн физик ба атомын цөмийн талаархи семинар. - KDU, Их сургуулийн ном Москва, 2016. - S. 292.
5. Квантын механик (Франц хэлнээс орчуулсан), ed. Л.Д.Фадеева. Альберт Мессиа. Монография. Т.И. М .: Наука, 1978 - 480 х.
6. Delaunay N.B. Материйн квант шинж чанар. - М.: FIZMATLIT, 2008. - 208 х.
7. http://www.km.ru/referats/9289A9AE71E9452B85D5755C15ADF90D Харьцуулсан шинжилгээболон ерөнхий шинж чанардэлхийн байгалийн шинжлэх ухааны зургуудын хөгжлийн түүх. Лямин В.С., Лямин Д.В. Планкийн тогтмолын физикийн мөн чанар.
8. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Drude загвар.
9. http://chem21.info/info/998127/ Химичийн гарын авлага 21.
10. Лямин В.С., Лямин Д.В. Цахилгаан гүйдэл гэж юу вэ.
11. https://ru.wikipedia.org/wiki/ Цахилгаан соронзон спектр.
12. https://naukovedenie.ru/PDF/09TVN216.pdf Кочетков А.В., Федотов П.В. Микробөөмийн дифракци ба интерференц // "NAUKOVEDENIE" интернет сэтгүүл 8-р боть, No2 (2016).

Лямин В.С. , Лямин Д.В.Львов

Хэрэв та биднийг тархи эргүүлсэн сэдвүүдээрээ мартагдсан гэж бодсон бол бид таныг бухимдуулж, баярлуулах гэж яаравчлав: та андуурчээ! Үнэндээ бид энэ бүх хугацаанд квант парадокстой холбоотой галзуу сэдвүүдийг танилцуулах боломжтой аргыг хайж олохыг хичээсэн. Бид хэд хэдэн ноорог бичсэн боловч бүгдийг нь хүйтэнд хаясан. Учир нь квант онигоог тайлбарлахын тулд бид өөрсдөө эргэлзэж, маш их зүйлийг ойлгодоггүй гэдгээ хүлээн зөвшөөрдөг (мөн энэ асуудлыг цөөхөн хүн, түүний дотор дэлхийн шилдэг эрдэмтэд ойлгодог). Харамсалтай нь, квант ертөнц нь филист ертөнцийг үзэх үзэлд маш харь тул буруу ойлголтоо хүлээн зөвшөөрч, ядаж үндсийг нь бага багаар ойлгохыг хичээхээс ичдэггүй.

Хэдийгээр бид ердийнх шигээ Google-ийн зургаар аль болох ихийг хэлэхийг хичээх боловч туршлагагүй уншигчид эхний бэлтгэл шаардлагатай тул бид өмнөх сэдвүүдийг, ялангуяа квант ба бодисын талаар үзэхийг зөвлөж байна.
Ялангуяа хүмүүнлэгийн болон бусад сонирхогчдод - квант парадоксууд. 1-р хэсэг.

Энэ сэдвээр бид квант ертөнцийн хамгийн түгээмэл нууц болох долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлын тухай ярих болно. "Хамгийн жирийн" гэж хэлэхэд бид физикчид үүнээс аль хэдийн залхсан тул энэ нь нууц биш юм шиг санагдаж байна. Гэхдээ энэ нь бусад квант парадоксуудыг энгийн хүний ​​оюун ухаанд хүлээн зөвшөөрөхөд бүр ч хэцүү байдагтай холбоотой юм.

Тэгээд ийм байсан. Хуучиндаа сайхан цаг 17-р зууны дундуур хаа нэгтээ Ньютон, Гюйгенс нар гэрэл байдаг гэдэгтэй санал нийлэхгүй байсан: Ньютон гэрлийг бөөмсийн урсгал гэж ичгүүргүйгээр тунхаглаж, хөгшин Гюйгенс гэрлийг долгион гэдгийг батлахыг оролдсон. Гэвч Ньютон илүү эрх мэдэлтэй байсан тул гэрлийн мөн чанарын тухай түүний мэдэгдлийг үнэн гэж хүлээн зөвшөөрч, Гюйгенсийг шоолж байв. Хоёр зуун жилийн турш гэрэл нь тэдний мөн чанарыг олж мэдэх гэж найдаж байсан зарим үл мэдэгдэх бөөмсийн урсгал гэж тооцогддог байв.

19-р зууны эхээр дорно дахины судлаач Томас Янг оптик багажаар хичээллэж байсан бөгөөд эцэст нь тэрээр залуу туршилт гэж нэрлэгддэг туршилтыг авч, явуулсан бөгөөд физикч бүр энэ туршлагыг ариун гэж үздэг.

Томас Юнг сая хавтангийн хоёр нүхээр гэрлийн туяаг (ижил өнгөтэй, давтамж нь ойролцоогоор ижил) чиглүүлж, өөр дэлгэцийн хавтанг ардаа тавив. Үр дүнг нь хамт ажиллагсаддаа үзүүлэв. Хэрэв гэрэл нь бөөмсийн урсгал байсан бол бид цаана нь хоёр гэрлийн туузыг харах болно.
Гэхдээ харамсалтай нь бүх зүйл шинжлэх ухааны ертөнц, дэлгэцийн хавтан дээр хэд хэдэн бараан, цайвар судлууд гарч ирэв. Интерференц гэж нэрлэгддэг нийтлэг үзэгдэл бол хоёр (эсвэл түүнээс дээш) долгионы давхцал юм.

Дашрамд хэлэхэд, хөндлөнгийн ачаар бид газрын тосны толбо эсвэл савангийн хөөс дээр цахилдаг халихыг ажиглаж байна.

Өөрөөр хэлбэл гэрэл бол долгион гэдгийг Томас Юнг туршилтаар нотолсон. Шинжлэх ухааны ертөнц Юнгид итгэхийг удаан хугацаанд хүсээгүй бөгөөд нэг удаа тэрээр маш их шүүмжлэгдэж, долгионы онолынхоо санааг хүртэл орхисон юм. Гэсэн хэдий ч өөрийгөө зөвтгөх нь ялж, эрдэмтэд гэрлийг долгион гэж үзэж эхлэв. Үнэн, ямар давалгаа - энэ нь нууц байсан.
Энд, зураг дээр Юнгигийн сайн сайхан туршлага байна.

Гэрлийн долгионы шинж чанар нь сонгодог физикт тийм ч их нөлөөлөөгүй гэж хэлэх ёстой. Эрдэмтэд томъёоллыг дахин бичиж, удахгүй бүх дэлхий бүх зүйлд зориулсан нэг түгээмэл томъёоны дор тэдний хөлд унах болно гэдэгт итгэж эхлэв.
Гэхдээ та таамаглаж байсанчлан Эйнштейн урьдын адил бүх зүйлийг будлиулсан. Асуудал нөгөө талд гарч ирэв - эхлээд эрдэмтэд дулааны долгионы энергийг тооцоолохдоо төөрөлдөж, квантуудын тухай ойлголтыг олж мэдсэн (бидний холбогдох сэдвийг "" уншина уу). Дараа нь эдгээр квантуудын тусламжтайгаар Эйнштейн фотоэлектрик эффектийн үзэгдлийг тайлбарласнаар физикт цохилт өгсөн.

Товчхондоо: фотоэлектрик эффект (түүний нэг үр дагавар нь хальсыг гэрэлтүүлэх явдал юм) нь тодорхой материалын гадаргуугаас электронуудыг гэрлийн нөлөөгөөр таслах явдал юм. Техникийн хувьд энэ тогших нь гэрэл нь бөөмс юм шиг тохиолддог. Эйнштейн гэрлийн бөөмийг гэрлийн квант гэж нэрлэж, хожим нь фотон гэж нэрлэжээ.

1920 онд гэрлийн долгионы эсрэг онолд гайхалтай Комптон эффект нэмж оруулсан: электроныг фотоноор бөмбөгдөхөд фотон нь энерги алдсаар электроноос үсэрдэг ("бид харвадаг" гэж цэнхэр өнгөөр ​​харвадаг, гэхдээ тэр аль хэдийн ниссэн. улаан), нөгөө билльярдын бөмбөг шиг. Комптон үүний төлөө Нобелийн шагнал хүртсэн.

Энэ удаад физикчид гэрлийн долгионы шинж чанарыг зүгээр нэг орхихоос болгоомжилж, харин ч сайн бодож байлаа. Шинжлэх ухаан аймшигт оньсоготой тулгарсан: гэрэл долгион хэвээр байна уу эсвэл бөөмс хэвээр байна уу?

Аливаа долгионы нэгэн адил гэрэл нь давтамжтай байдаг бөгөөд үүнийг шалгахад хялбар байдаг. Бид харж байна өөр өөр өнгөУчир нь өнгө бүхэн зүгээр л байдаг өөр өөр давтамжуудцахилгаан соронзон (гэрлийн) долгион: улаан - бага давтамж, нил ягаан - өндөр давтамж.
Гэхдээ энэ нь гайхалтай юм: харагдах гэрлийн долгионы урт нь атомаас таван мянга дахин том юм - атом энэ долгионыг шингээж авахад ийм "юм" атомд яаж багтах вэ? Хэрэв зөвхөн фотон нь атомтай харьцуулж болохуйц хэмжээний бөөмс юм бол. Фотон нь нэгэн зэрэг том, жижиг аль аль нь мөн үү?

Нэмж дурдахад фотоэлектрик эффект ба Комптон эффект нь гэрэл нь бөөмсийн урсгал хэвээр байгааг тодорхой нотолж байна: долгион нь орон зайд байрлах электронууд руу энергийг хэрхэн шилжүүлдэгийг тайлбарлах боломжгүй - хэрвээ гэрэл долгион байсан бол зарим электронууд цохигдох болно. бусдаас хожимдсон бөгөөд бид фотоэлектрик эффектийг ажиглахгүй. Харин урсгалын хувьд нэг фотон нэг электронтой мөргөлдөж, тодорхой нөхцөлд түүнийг атомаас гаргана.

Эцэст нь гэрэл нь долгион, бөөмс аль аль нь байна гэж шийдсэн. Үүний оронд нэг нь ч биш, нөгөө нь ч биш, харин материйн оршин тогтнохын урьд өмнө мэдэгдээгүй шинэ хэлбэр: бидний ажиглаж буй үзэгдлүүд нь юу болж байгааг хэрхэн харж байгаагаас хамааран бодит байдлын төсөөлөл эсвэл сүүдэр юм. Нэг талаас нь гэрэлтүүлсэн цилиндрийн сүүдрийг харахад бид тойрог, нөгөө талаас нь гэрэлтүүлэхэд сүүдэр нь тэгш өнцөгт хэлбэртэй байдаг. Энэ нь гэрлийн корпускуляр долгионы дүрслэлд мөн адил юм.

Гэхдээ энд ч гэсэн бүх зүйл тийм ч хялбар биш юм. Бид гэрлийг долгион эсвэл бөөмсийн урсгал гэж үздэг гэж хэлж болохгүй. Цонхоор хар. Гэнэт, цэвэрхэн угаасан шилэнд ч гэсэн бид тусгалаа олж хардаг, гэхдээ тодорхойгүй ч гэсэн. Баригдсан нь юу вэ? Хэрэв гэрэл долгион бол цонхны тусгалыг тайлбарлахад хялбар байдаг - давалгаа саадаас тусах үед бид усанд ижил төстэй нөлөө үзүүлдэг. Гэвч хэрэв гэрэл нь бөөмсийн урсгал юм бол тусгалыг тийм энгийнээр тайлбарлах боломжгүй юм. Эцсийн эцэст бүх фотонууд ижил байдаг. Гэсэн хэдий ч, хэрэв тэдгээр нь бүгд адилхан бол цонхны шилний хаалт нь тэдэнд адилхан нөлөөлнө. Нэг бол тэд бүгд шилээр дамжин өнгөрдөг, эсвэл бүгд туссан байдаг. Мөн хатуу ширүүн бодит байдалд фотонуудын зарим нь шилээр нисч, бид хөрш байшинг хараад тэр даруй тусгалаа ажигладаг.

Мөн фотонууд өөрсдийнхөө оюун ухаанд байдаг гэсэн ганц тайлбар л санаанд орж ирдэг. Тухайн фотон нь шилтэй бөөмс хэлбэрээр мөргөлдөх үү, долгион хэлбэрээр мөргөлдөх үү гэдгийг туйлын тодорхой таамаглах боломжгүй юм. Энэ бол квант физикийн үндэс юм - ямар ч шалтгаангүйгээр бичил түвшинд материйн бүрэн, бүрэн санамсаргүй үйлдэл (мөн бидний асар их хэмжээний ертөнцөд бүх зүйл шалтгаантай гэдгийг бид туршлагаасаа мэддэг). Энэ бол зоос шидэхээс ялгаатай нь төгс санамсаргүй тоо үүсгэгч юм.

Фотоныг нээсэн гайхамшигт Эйнштейн амьдралынхаа эцсийг хүртэл квант физик буруу гэдэгт итгэлтэй байсан бөгөөд "Бурхан шоо тоглодоггүй" гэж хүн бүр баталж байсан. Гэхдээ орчин үеийн шинжлэх ухаанулам бүр баталж байна: тэр одоо ч тоглож байна.

Ямар нэг байдлаар, гэхдээ нэг удаа эрдэмтэд 20-р зууны технологийг харгалзан "долгион эсвэл бөөмс" гэсэн маргааныг зогсоож, Юнгийн туршлагыг хуулбарлахаар шийдсэн. Энэ үед тэд фотонуудыг нэг нэгээр нь харваж сурсан (хүн амын дунд "лазер" гэсэн нэрээр алдартай квант генераторууд), тиймээс нэг бөөмсийг хоёр цэгт буулгавал дэлгэцэн дээр юу болохыг шалгахаар төлөвлөжээ. ангархай: туршилтын хяналттай нөхцөлд юу болох нь эцэст нь тодорхой болно.

Гэнэт - нэг квант гэрлийн (фотон) хөндлөнгийн хэв маягийг харуулсан, өөрөөр хэлбэл бөөмс хоёр ангархайг нэгэн зэрэг нисч, фотон өөрөө өөртөө саад учруулсан (шинжлэх ухааны хэлээр). Техникийн цэгийг тодруулъя - үнэндээ интерференцийн зургийг нэг фотоноор биш, харин 10 секундын зайтай нэг бөөмөөр хэд хэдэн удаа буудсан - цаг хугацаа өнгөрөхөд 1801 оноос хойш ямар ч гурвалсанд танил болсон Юнгийн захууд дэлгэцэн дээр гарч ирэв. .

Долгионы үүднээс авч үзвэл энэ нь логик юм - долгион нь хагарлаар дамждаг бөгөөд одоо хоёр шинэ долгион нь төвлөрсөн тойрогт хуваагдаж, бие биентэйгээ давхцаж байна.
Гэхдээ корпускулярын үүднээс авч үзвэл фотон нь ангархай дундуур өнгөрөхдөө хоёр газар нэгэн зэрэг байрлаж, өнгөрсний дараа өөртэйгөө холилддог. Энэ бол туйлын хэвийн зүйл, тийм ээ?
Энэ нь зүгээр болсон. Түүгээр ч зогсохгүй фотон нь нэг дор хоёр ангархайд байрладаг тул энэ нь ангархайн өмнө болон дамжин өнгөрсний дараа хаа сайгүй нэгэн зэрэг байна гэсэн үг юм. Ерөнхийдөө квант физикийн үүднээс авч үзвэл эхлэл ба төгсгөлийн хооронд ялгарсан фотон нь нэгэн зэрэг "хаа сайгүй, нэг дор" байдаг. "Хаа сайгүй нэг дор" бөөмийн энэхүү олдворыг физикчид суперпозиция гэж нэрлэдэг - урьд өмнө нь математикийн хошигнол байсан аймшигт үг одоо биет бодит байдал болжээ.

Квантын физикийг эсэргүүцэгч нэгэн Э.Шредингер энэ үед ус гэх мэт бодисын долгионы шинж чанарыг тодорхойлсон томьёог хаа нэгтээ ухаж олжээ. Тэгээд үүн дээр бага зэрэг ид шидлээд, тэр өөрөө аймшигт долгионы функц гэж нэрлэгддэг зүйлийг гаргаж ирэв. Энэ функц нь тодорхой газар фотоныг олох магадлалыг харуулсан. Энэ нь тодорхой байршил биш харин магадлал гэдгийг анхаарна уу. Мөн энэ магадлал нь тухайн байршил дахь квант долгионы оргилын өндрийн квадратаас хамаарна (хэрэв хэн нэгэн дэлгэрэнгүй мэдээллийг сонирхож байвал).

Бид бөөмсийн байршлыг хэмжих асуудалд тусдаа бүлгийг зориулах болно.

Цаашдын нээлтүүд нь хоёрдмол үзэлтэй зүйлс бүр ч муу, илүү нууцлаг болохыг харуулсан.
1924 онд Луис де Бройль үүнийг авч, гэрлийн корпускуляр долгионы шинж чанар нь мөсөн уулын орой юм гэж мэдэгджээ. Мөн бүх энгийн бөөмс ийм үл ойлгогдох шинж чанартай байдаг.
Өөрөөр хэлбэл, зөвхөн бөөмс нь нэгэн зэрэг бөөмс, долгион биш юм цахилгаан соронзон орон(фотон), мөн электрон, протон гэх мэт материаллаг бөөмс. Бидний эргэн тойрон дахь бүх бодис нь микроскопийн түвшинд долгион юм.(мөн бөөмсийг нэгэн зэрэг).

Хэдэн жилийн дараа энэ нь туршилтаар батлагдсан - Америкчууд электронуудыг оруулав катодын туяа хоолой(Өнөөгийн хуучин фартуудад үүнийг "кинескоп" гэж нэрлэдэг) - электронуудын тусгалтай холбоотой ажиглалтууд нь электрон нь мөн долгион гэдгийг баталсан (ойлгоход хялбар болгох үүднээс бид хоёр ангархайтай хавтанг байрлуулсан гэж хэлж болно. электроны замыг харж, электроны интерференцийг байгаагаар нь харсан).

Өнөөдрийг хүртэл атомууд бас долгионы шинж чанартай, тэр ч байтугай зарим нь байдаг нь туршилтаар тогтоогдсон тусгай төрөлмолекулууд ("фуллерен" гэж нэрлэгддэг) долгион хэлбэрээр илэрдэг.

Бидний түүхээс хараахан галзуурч амжаагүй уншигчийн сониуч оюун ухаан: Хэрэв матери бол долгион юм бол яагаад жишээлбэл нисдэг бөмбөгийг долгион хэлбэрээр огторгуйд түрхдэггүй юм бэ? Тийрэлтэт онгоц яагаад долгион шиг харагддаггүй ч тийрэлтэт онгоцтой маш төстэй байдаг вэ?

Де Бройль, хараал ид, тэгээд тэр бүгдийг тайлбарлав: тиймээ, нисдэг бөмбөг эсвэл "Боинг" бол бас долгион, гэхдээ энэ долгионы урт нь бага байх тусам импульс их байх болно. Импульс нь массыг хурдыг үржүүлсэн хэмжээ юм. Өөрөөр хэлбэл, материйн масс их байх тусам долгионы урт богино байх болно. 150 км / цаг хурдтай нисч буй бөмбөгний долгионы урт нь ойролцоогоор 0.00 метртэй тэнцүү байх болно. Тиймээс бид бөмбөг хэрхэн долгион болон орон зайд тархаж байгааг анзаарч чадахгүй байна. Бидний хувьд энэ бол хатуу зүйл юм.
Электрон бол маш хөнгөн бөөмс бөгөөд 6000 км / сек хурдтай нисч, 0.0000000001 метр долгионы урттай байх болно.

Дашрамд хэлэхэд бид атомын цөм яагаад тийм "долгион" байдаггүй вэ гэсэн асуултад шууд хариулах болно. Хэдийгээр энэ нь атомын төвд байрладаг бөгөөд түүний эргэн тойронд гайхширч, электрон нисч, нэгэн зэрэг түрхдэг боловч протон ба нейтроны масстай холбоотой зохих импульс, түүнчлэн өндөр давтамжийн хэлбэлзэлтэй (хурд) байдаг. бөөмийн доторх бөөмсийн байнгын солилцоо байдаг тул хүчтэй харилцан үйлчлэл (сэдвийг уншина уу). Тиймээс цөм нь бидэнд танил болсон хатуу биетэй адил юм. Электрон бол долгионы шинж чанартай, масстай цорын ганц бөөмс учраас хүн бүр үүнийг урам зоригтойгоор судалдаг.

Бөөмсүүд рүүгээ буцаж орцгооё. Тиймээс атомыг тойрон эргэлдэж буй электрон нь бөөмс, долгион хоёулаа болж хувирдаг. Өөрөөр хэлбэл бөөмс эргэлддэг бөгөөд үүний зэрэгцээ электрон нь долгионы хувьд бүрхүүл юм тодорхой хэлбэрЦөмийн эргэн тойронд - үүнийг хүний ​​тархи яаж ойлгох вэ?

Дээр дурдсанчлан бид нисдэг электрон нь нэлээд том (бичил ертөнцийн хувьд) долгионы урттай бөгөөд ийм долгион нь атомын цөмд багтахын тулд зохисгүй их хэмжээний зай шаарддаг гэдгийг бид аль хэдийн тооцоолсон. Үүнийг яг ингэж тайлбарлаж байна том хэмжээтэйатомыг цөмтэй харьцуулах. Электроны долгионы урт нь атомын хэмжээг тодорхойлдог. Хоосон газаратомын цөм ба гадаргуугийн хоорондох электрон долгионы уртыг (мөн бөөмийн нэгэн зэрэг) "байрлуулах" замаар дүүрдэг. Энэ бол маш бүдүүлэг бөгөөд буруу тайлбар - биднийг уучлаарай - үнэндээ бүх зүйл илүү төвөгтэй боловч бидний зорилго бол шинжлэх ухааны боржин чулууг хазах сонирхолтой хүмүүст ядаж л зөвшөөрөх явдал юм.

Үүнийг дахин тодорхой болгоё![JP-д] нийтлэлийн талаар зарим тайлбар хийсний дараа бид энэ нийтлэлд ямар чухал зүйл дутуу байгааг ойлгосон. Анхаар! Бидний дүрсэлж буй материйн хэлбэр нь долгион ч биш, бөөмс ч биш. Энэ нь зөвхөн (нэгэн зэрэг) долгионы шинж чанар ба бөөмсийн шинж чанартай байдаг. Цахилгаан соронзон долгион эсвэл электрон долгионыг далайн болон дууны долгионтой адил гэж хэлж болохгүй. Бидний мэддэг долгионууд нь ямар нэгэн бодисоор дүүрсэн орон зай дахь цочролын тархалтыг илэрхийлдэг.
Сансарт шилжих үед фотон, электрон болон бичил ертөнцийн бусад тохиолдлуудыг долгионы тэгшитгэлээр дүрсэлж болох бөгөөд тэдгээр нь зөвхөн зан үйлийн долгионд ТААЛАГДдаг боловч ямар ч тохиолдолд долгион биш юм. Энэ нь материйн корпускуляр талтай төстэй: бөөмийн үйлдэл нь жижиг цэгийн бөмбөгний нислэгтэй төстэй боловч эдгээр нь хэзээ ч бөмбөг биш юм.
Үүнийг ойлгож, хүлээн зөвшөөрөх ёстой, эс тэгвээс бидний бүх эргэцүүлэл эцэстээ макро ертөнц дэх аналогийг хайхад хүргэж, улмаар квант физикийн талаарх ойлголт дуусч, хөнгөмсөг байдал буюу шарлатан философи нь квант ид шид, бодлын материаллаг байдал шиг эхлэх болно. .

Юнгийн орчин үеийн туршлагын бусад аймшигт дүгнэлт, үр дагаврыг дараагийн хэсэгт дараа нь авч үзэх болно - Гейзенбергийн тодорхойгүй байдал, Шрөдингерийн муур, Паулигийн гадуурхах зарчим, квант орооцолдол зэрэг нь бидний нийтлэлийг нэгээс олон удаа уншиж, эргэлздэг тэвчээртэй, бодолтой уншигчийг хүлээж байна. нэмэлт мэдээлэл хайж интернетээс.

Анхаарал тавьсан та бүхэнд баярлалаа. Нойргүйдэл эсвэл танин мэдэхүйн хар дарсан зүүдээ сайхан өнгөрүүлээрэй!

Жич: Бүх зургийг Google-ээс авсан (зураг хайлт) - зохиогчийн эрхийг тэнд тогтоодог гэдгийг бид танд сануулж байна.
Текстийг хууль бусаар хуулсан бол эрүүгийн хэрэг үүсгэнэ, дарна ш дээ...

Хос долгион-бөөмийн зан үйлийг харуулсан объектуудын ердийн жишээ бол электрон ба гэрэл юм; Энэ зарчим нь том биетүүдэд бас хүчинтэй боловч дүрмээр бол объект нь том байх тусам түүний долгионы шинж чанар бага илэрдэг (бид энд олон бөөмс, жишээлбэл, гадаргуу дээрх долгионы хамтын долгионы үйл ажиллагааны талаар яриагүй байна. шингэнээс).

Долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлын санааг квант механикийн хөгжилд бичил сансарт ажиглагдсан үзэгдлийг сонгодог ойлголтын үүднээс тайлбарлахад ашигласан. Бодит байдал дээр квант объектууд нь сонгодог долгион ч биш, сонгодог бөөмс ч биш бөгөөд зөвхөн тэдгээрт хийсэн туршилтын нөхцлөөс хамааран эхний эсвэл сүүлчийн шинж чанарыг харуулдаг. Долгион бөөмийн хоёрдмол байдал нь сонгодог физикийн хүрээнд тайлагдашгүй бөгөөд зөвхөн квант механикт л тайлбарлагддаг.

Цаашдын хөгжилДолгион бөөмийн хоёрдмол байдлын талаархи санаа нь квант талбайн онолд квантжуулсан талбайн тухай ойлголт болжээ.

Долгион де Бройль

Долгион бөөмийн хоёрдмол байдлын зарчим нь де Бройль долгионы санаанд тоон илэрхийлэлийг хүлээн авдаг. Долгионы болон корпускуляр шинж чанарыг харуулсан аливаа объектын хувьд импульсийн хооронд хамаарал байдаг p (\displaystyle \mathbf (p))болон эрчим хүч E (\displaystyle E)Энэ объектод бөөмс болон түүний долгионы параметрүүд нь долгионы вектор юм k (\displaystyle \mathbf (k)), долгионы урт λ (\displaystyle \lambda), давтамж ν (\displaystyle \nu ), мөчлөгийн давтамж ω (\displaystyle \omega). Энэ холболтыг дараахь харьцаагаар тодорхойлно.

p = ℏk; | p | = h / λ , (\displaystyle \mathbf (p) =\hbar \mathbf (k) ;\ |\mathbf (p) |=h/\lambda,) E = ℏ ω = h ν , (\displaystyle E=\hbar \omega =h\nu ,)

хаана ℏ (\displaystyle \hbar)болон h = 2 π ℏ (\displaystyle h=2\pi \hbar )нь бууруулсан ба энгийн Планк тогтмолууд юм. Эдгээр томъёо нь харьцангуй энерги ба импульсийн хувьд зөв юм.

Де Бройль долгион нь бичил ертөнцийн аливаа хөдөлгөөнт объекттой харьцдаг; Иймээс де Бройль долгионы хэлбэрээр гэрэл ба их хэмжээний бөөмс хоёулаа интерференц ба дифракцид өртдөг. Үүний зэрэгцээ бөөмийн масс их байх тусам түүний де Бройль долгионы урт ижил хурдтай байх тусам түүний долгионы шинж чанарыг бүртгэх нь илүү хэцүү байдаг. Ойролцоогоор хүрээлэн буй орчинтой харьцахдаа тухайн объект нь түүний де Бройль долгионы урт нь хүрээлэн буй орчинд байгаа шинж чанараас хамаагүй бага, долгион шиг - илүү том бол бөөмс шиг ажилладаг; завсрын тохиолдлыг зөвхөн бүрэн хэмжээний квант онолын хүрээнд дүрсэлж болно.

Де Бройль долгионы физик утга нь дараах байдалтай байна: орон зайн тодорхой цэг дэх долгионы далайцын модулийн квадрат нь түүний байрлалыг хэмжсэн тохиолдолд тухайн цэг дэх бөөмийг илрүүлэх магадлалын нягттай тэнцүү байна. Үүний зэрэгцээ, хэмжилт хийгдээгүй байхад бөөмс нь яг тодорхой нэг газар байрладаггүй, харин де Бройль долгион хэлбэрээр орон зайд "түрхдэг".

Хөгжлийн түүх

Гэрэл ба материйн мөн чанарын тухай асуултууд урт удаан түүхтэй боловч тодорхой цаг үе хүртэл тэдний хариулт хоёрдмол утгагүй байх ёстой гэж үздэг байсан: гэрэл нь бөөмсийн урсгал эсвэл долгион юм; Матери нь сонгодог механикт захирагддаг бие даасан хэсгүүдээс бүрдэх эсвэл тасралтгүй орчин юм.

1901 онд Планк бүрэн хар биений цацрагийн спектрийн томъёог олж, дараа нь Эйнштейн гэрэл тодорхой хэмжээтэй байна гэсэн таамаглал дээр үндэслэн фотоэлектрик эффектийг тайлбарлахад гэрлийн сайн тогтсон долгионы тодорхойлолт бүрэн бус болсон. долгионы урт нь зөвхөн тодорхой хэсэгт ялгарч, шингэдэг. Ийм хэсэг - гэрлийн квант, хожим нь фотон гэж нэрлэгддэг - гэрлийн долгионы давтамжтай пропорциональ энергийг коэффициентээр дамжуулдаг. h (\displaystyle h)нь Планкийн тогтмол юм. Тиймээс гэрэл нь зөвхөн долгион төдийгүй корпускулын шинж чанарыг харуулдаг болох нь тогтоогджээ.

Долгион бөөмийн хоёрдмол байдлын зарчмын илүү тодорхой бөгөөд зөв хувилбарыг Шредингерийн "долгионы механик" -д өгсөн бөгөөд дараа нь орчин үеийн квант механик болж хувирав.

Гэрлийн корпускуляр долгионы хоёрдмол байдал

Долгион бөөмийн хоёрдмол байдлын зарчмыг ашиглах сонгодог жишээ болгон гэрлийг олон физик нөлөөллөөр сонгодог цахилгаан соронзон долгионы шинж чанарыг харуулдаг корпускулын урсгал (фотон) гэж тайлбарлаж болно. Гэрэл нь долгионы шинж чанарыг гэрлийн долгионы урттай харьцуулж болохуйц хэмжээнд дифракц ба интерференцийн үзэгдлүүдэд харуулдаг. Жишээлбэл, бүр ганц биеДавхар ан цаваар дамжин өнгөрөх фотонууд нь Максвеллийн тэгшитгэлээр тодорхойлогддог дэлгэц дээр интерференцийн хэв маягийг үүсгэдэг.

Гэсэн хэдий ч туршилтаас харахад фотон нь цахилгаан соронзон цацрагийн богино импульс биш, жишээлбэл, оптик цацраг задлагчаар хэд хэдэн цацрагт хуваагдах боломжгүй гэдгийг 1986 онд Францын физикч Гранжье, Рожер, Аспе нарын хийсэн туршилтаар тодорхой харуулсан. . Гэрлийн корпускуляр шинж чанар нь дулааны цацрагийн тэнцвэрт байдлын хуулиуд, фотоэлектрик эффект, Комптон эффект зэрэгт илэрдэг. Фотон нь долгионы уртаас хамаагүй бага хэмжээтэй (жишээлбэл, атомын цөм) эсвэл ерөнхийдөө цэг хэлбэртэй (жишээ нь электрон) гэж тооцогдох объектуудаар ялгардаг эсвэл бүхэлд нь шингэдэг бөөмс шиг ажилладаг.

Цахилгаан соронзон цацрагийн долгионы урт богино байх тусам фотонуудын энерги, импульс их байх ба энэ цацрагийн долгионы шинж чанарыг илрүүлэхэд хэцүү байдаг. Жишээлбэл, рентген цацраг нь зөвхөн маш "нимгэн" дифракцийн торонд хуваагддаг. болор торхатуу бие.

Том биетүүдийн долгионы үйлдэл

Долгионы зан үйлийг зөвхөн энгийн бөөмс, нуклонууд төдийгүй том биетүүд - молекулууд харуулдаг. 1999 онд фуллерений дифракц анх удаа ажиглагдсан. 2013 онд 10,000 ам.у-аас дээш масстай молекулуудын дифракцад хүрэх боломжтой болсон. , тус бүр нь 800 гаруй атомаас бүрддэг.

Гэсэн хэдий ч зарчмын хувьд Планкийн массаас давсан масстай объектууд долгионы шинж чанарыг харуулж чадах эсэх нь бүрэн тодорхойгүй байна.

бас үзнэ үү

Тэмдэглэл

1. "Корпускул" гэдэг үг нь "бөөм" гэсэн утгатай бөгөөд корпускуляр долгионы дуализмын контекстээс гадуур бараг ашиглагддаггүй.
2. Герштейн С.С. Долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал// Биет нэвтэрхий толь: [5 боть] / Ч. ed. A. M. Прохоров. - М.: Зөвлөлтийн нэвтэрхий толь бичиг, 1990. - V. 2: Чанарын хүчин зүйл - Magneto-optics. - S. 464-465. - 704 х. - 100,000 хувь. -

Сүүлийн зуун жилийн хугацаанд шинжлэх ухаан манай ертөнцийн бүтцийг микроскопийн болон макроскопийн түвшинд судлахад ихээхэн ахиц дэвшил гаргасан. Тусгай болон ерөнхий харьцангуйн онолын бидэнд авчирсан гайхалтай нээлтүүд, квант механиколон нийтийн оюун санааг тээсээр байна. Гэсэн хэдий ч ямар ч боловсролтой хүн орчин үеийн шинжлэх ухааны ололт амжилтын наад зах нь үндсийг ойлгох хэрэгтэй. Хамгийн гайхалтай ба чухал цэгүүддолгион-бөөмийн хоёрдмол байдал юм. Энэ бол парадоксик нээлт бөгөөд түүний ойлголт нь өдөр тутмын мэдрэмжинд хамаарахгүй.

Корпускул ба долгион

Нөхцөл байдлаас шалтгаалж тэс өөр байдлаар ажилладаг гэрлийн судалгаанд анх удаа хоёрдмол үзлийг нээсэн. Нэг талаас гэрэл бол оптик цахилгаан соронзон долгион болох нь тогтоогдсон. Нөгөө талаас, салангид бөөмс (гэрлийн химийн үйлдэл) байдаг. Эхэндээ эрдэмтэд эдгээр хоёр үзэл бодол нь бие биенээ үгүйсгэдэг гэж үздэг. Гэсэн хэдий ч олон тооны туршилтууд энэ нь тийм биш гэдгийг харуулсан. Аажмаар долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал гэх мэт ойлголтын бодит байдал нийтлэг болжээ. Энэ үзэл баримтлал нь долгион ч биш, бөөмс ч биш, тодорхой нөхцөл байдлаас шалтгаалан зөвхөн сүүлийн эсвэл эхний шинж чанарыг олж авдаг цогц квант объектуудын зан төлөвийг судлах үндэс суурь юм.

Хоёр цоорхойгоор туршилт хий

Фотоны дифракц нь дуализмын тод илрэл юм. Цэнэглэгдсэн бөөмсийг илрүүлэгч нь гэрэл зургийн хавтан эсвэл гэрэлтдэг дэлгэц юм. Тус тусад нь фотон бүрийг туяа эсвэл цэгийн гялбаагаар тэмдэглэв. Ийм тэмдгүүдийн хослол нь интерференцийн хэв маягийг өгсөн - долгионы дифракцийн шинж чанар болох сул ба хүчтэй гэрэлтдэг судлууд солигдсон. Үүнийг корпускуляр долгионы дуализм гэх мэт ойлголтоор тайлбарладаг. нэрт физикч ба Нобелийн шагналтанРичард Фейнман хэлэхдээ, матери нь бага хэмжээгээр ажилладаг бөгөөд квантуудын зан үйлийн "байгалийн" байдлыг мэдрэх боломжгүй юм.

Бүх нийтийн дуализм

Гэсэн хэдий ч, энэ туршлага нь зөвхөн фотонд хүчинтэй биш юм. Хоёрдмол байдал нь бүх материйн өмч бөгөөд энэ нь бүх нийтийн шинж чанартай болох нь тогтоогдсон. Гейзенберг матери хоёр хувилбарт ээлжлэн оршдог гэж үзсэн. Өнөөдрийг хүртэл хоёр шинж чанар нь нэгэн зэрэг илэрдэг нь бүрэн нотлогдсон.

корпускуляр долгион

Материйн ийм зан үйлийг хэрхэн тайлбарлах вэ? Энэ асуудлын шийдлийг санал болгосон залуу язгууртны эрдэмтний нэрээр корпускулд (бөөмс) байдаг долгионыг де Бройль долгион гэж нэрлэдэг. Де Бройлийн тэгшитгэлүүд нь долгионы функцийг тодорхойлдог гэж нийтээр хүлээн зөвшөөрдөг бөгөөд энэ нь зөвхөн бөөмс орон зайн өөр өөр цэгүүдэд өөр өөр цаг үед байх магадлалыг л тодорхойлдог. Энгийнээр хэлбэл, де Бройль долгион бол магадлал юм. Ийнхүү математикийн ойлголт (магадлал) ба бодит үйл явцын хооронд тэгш байдал бий болсон.

квант талбар

Материйн корпускулууд гэж юу вэ? Ерөнхийдөө эдгээр нь долгионы талбайн квантууд юм. Фотон нь цахилгаан соронзон орны квант, позитрон ба электрон нь электрон-позитрон талбайн квант, мезон бол мезон талбайн квант гэх мэт. Долгионы талбайн хоорондын харилцан үйлчлэлийг зарим завсрын хэсгүүдийн хооронд солилцох замаар тайлбарладаг, жишээлбэл, цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн үед фотон солилцдог. Энэ нь де Бройлийн тодорхойлсон долгионы үйл явц нь туйлын бодит физик үзэгдэл гэдгийг өөр нэг баталгаажуулалтыг шууд харуулж байна. Корпускуляр долгионы дуализм нь бөөмсийн "дахин төрөх" чадварыг тодорхойлдог "нууцлаг далд шинж чанар"-ын үүрэг гүйцэтгэдэггүй. Энэ нь хоорондоо холбоотой хоёр үйлдлийг тодорхой харуулдаг - объектын хөдөлгөөн ба түүнтэй холбоотой долгионы үйл явц.

туннелийн нөлөө

Гэрлийн долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал нь бусад олон сонирхолтой үзэгдлүүдтэй холбоотой байдаг. Де Бройль долгионы үйл ажиллагааны чиглэл нь гэж нэрлэгддэг зүйлээр илэрдэг туннелийн нөлөө, өөрөөр хэлбэл фотонууд энергийн саадыг нэвтлэх үед. Энэ үзэгдэл нь долгионы антинодын момент дахь бөөмийн импульсийн дундаж утгыг хэтрүүлсэнтэй холбоотой юм. Хонгилын тусламжтайгаар төрөл бүрийн электрон төхөөрөмжийг бүтээх боломжтой болсон.

Гэрлийн квантуудын интерференц

Орчин үеийн шинжлэх ухаан фотонуудын интерференцийг электронуудын интерференцтэй адил нууцлаг байдлаар ярьдаг. Энэ нь хуваагдашгүй бөөмс болох фотон өөрт нээлттэй ямар ч замаар нэгэн зэрэг дайран өнгөрч, өөрт нь саад учруулдаг болох нь тогтоогджээ. Хэрэв бид бодис ба фотоны шинж чанарын корпускуляр-долгионы хоёрдмол байдал нь олон бүтцийн элементүүдийг хамарсан долгион гэдгийг харгалзан үзвэл түүний хуваагдах чадварыг үгүйсгэхгүй. Энэ нь бөөмсийг үндсэн хуваагдашгүй формац гэж үзсэн өмнөх үзэл бодолтой зөрчилдөж байна. Хөдөлгөөний тодорхой масстай фотон нь энэ хөдөлгөөнтэй холбоотой уртааш долгион үүсгэдэг бөгөөд энэ нь бөөмсөөс өмнө байдаг, учир нь уртааш долгионы хурд нь хөндлөн цахилгаан соронзон долгионы хурдаас их байдаг. Иймд фотон өөртэй нь хөндлөнгөөс оролцох хоёр тайлбар байдаг: бөөмс нь хоёр бүрэлдэхүүн хэсэг болж хуваагддаг бөгөөд тэдгээр нь бие биедээ саад болдог; фотоны долгион нь хоёр замаар тархаж, интерференцийн хэв маягийг үүсгэдэг. Нэг цэнэгтэй фотонууд ээлжлэн интерферометрээр дамжин өнгөрөхөд интерференцийн загвар үүсдэг болохыг туршилтаар тогтоосон. Энэ нь бие даасан фотон бүр өөрт нь саад болдог гэсэн тезисийг баталж байна. Энэ нь ялангуяа гэрэл нь харилцан хамааралгүй, санамсаргүй үйл явцын явцад атомуудаас ялгардаг фотонуудын цуглуулга гэдгийг харгалзан үзэхэд тодорхой харагдаж байна.

Гэрэл гэж юу вэ?

Гэрлийн долгион нь орон зайд тархсан цахилгаан соронзон оронгүй орон зай юм. Долгионы цахилгаан соронзон орон нь далайцын квадраттай пропорциональ эзэлхүүний энергийн нягттай байдаг. Энэ нь эрчим хүчний нягтрал ямар ч хэмжээгээр өөрчлөгдөж болно, өөрөөр хэлбэл тасралтгүй байна гэсэн үг юм. Нэг талаас гэрэл бол долгион-бөөмийн хоёрдмол байдал гэх мэт үзэгдлийн түгээмэл байдлаас шалтгаалан квант ба фотонуудын (корпускул) урсгал юм. цахилгаан соронзон долгион. Жишээлбэл, интерференц ба дифракцийн үзэгдлүүд болон масштабын хувьд гэрэл нь долгионы шинж чанарыг тодорхой харуулдаг. Жишээлбэл, дээр дурдсанчлан нэг фотон давхар ангархайгаар дамжин өнгөрөхөд интерференцийн хэв маягийг үүсгэдэг. Туршилтын тусламжтайгаар нэг фотон нь цахилгаан соронзон импульс биш гэдгийг баталсан. Энэ нь Францын физикч Аспе, Рожер, Гранжиер нарын үзүүлсэн шиг цацраг хуваагчтай цацрагт хуваагдах боломжгүй юм.

Гэрэл нь Комптон эффект болон фотоэлектрик эффектээр илэрдэг корпускуляр шинж чанартай байдаг. Фотон нь долгионы уртаас хамаагүй бага бүхэл биетүүд (жишээлбэл, атомын цөм) шингээдэг бөөмс шиг ажилладаг. Зарим тохиолдолд фотоныг ерөнхийдөө цэгийн объект гэж үзэж болно. Гэрлийн шинж чанарыг ямар байрлалаас авч үзэх нь ямар ч ялгаагүй. Өнгөний харааны талбарт гэрлийн урсгал нь энергийн квант хэлбэрээр долгион ба бөөмс-фотоны аль алиных нь үүргийг гүйцэтгэж чаддаг. Конус мембран зэрэг торлог бүрхэвчийн фоторецептор дээр төвлөрсөн объектын цэг нь нүдийг үндсэн спектрийн гэрлийн цацраг болгон өөрийн шүүсэн утгыг үүсгэж, долгионы уртаар ангилах боломжийг олгодог. Тархинд квант энергийн утгуудын дагуу субьект цэг нь өнгөний мэдрэмж (төвлөрсөн оптик дүрс) болж хувирах болно.

Комптон эффект ба фотоэлектрик эффект нь гэрлийн корпускуляр чанарыг баталж байна. Гэрэл нь бөөмсийн урсгал шиг ажилладаг - фотон. Тэгвэл бөөмс нь сонгодог долгионы шинж чанарыг хэрхэн харуулах вэ? Эцсийн эцэст бөөмс нь нэг эсвэл нөгөө ангархайгаар дамжин өнгөрч болно. Гэсэн хэдий ч хоёр ангархайн гэрлийн хөндлөнгийн оролцоо нь мэдэгдэж байна (Янгийн туршилт). Тиймээс бид парадокс руу орлоо - гэрэл нь корпускулын шинж чанартай, долгионы шинж чанартай байдаг. Тиймээс тэд гэрэл нь корпускуляр долгионы дуализмаар тодорхойлогддог гэж хэлдэг.

Гэрлийн квант болон долгионы шинж чанарыг хооронд нь харьцуулах нь алдаа юм. Гэрлийн долгионы цахилгаан соронзон орны тасралтгүй байдлын шинж чанар нь гэрлийн квантуудын шинж чанар болох салангид байдлын шинж чанарыг үгүйсгэхгүй - фотон. Гэрэл нь нэгэн зэрэг тасралтгүй цахилгаан соронзон долгионы шинж чанарууд ба салангид фотонуудын шинж чанартай байдаг. Энэ нь эдгээр шинж чанаруудын диалектик нэгдмэл байдлыг илэрхийлдэг. Долгионы урт багасах тусам гэрлийн квант шинж чанар улам бүр тодорхой болж байна (энэ нь жишээлбэл, фотоэлектрик эффектийн улаан хил байгаатай холбоотой). Богино долгионы цацрагийн долгионы шинж чанар нь маш сул (жишээлбэл, рентген туяаны дифракц). Харин урт долгионы цацрагт квант шинж чанар сул илэрдэг бөгөөд долгионы шинж чанар гол үүрэг гүйцэтгэдэг.

Гэрлийн корпускуляр-долгионы шинж чанаруудын хоорондын хамаарлыг гэрлийн тархалтыг судлах статистик хандлагаар тайлбарладаг. Гэрэл бол цацрагийн энерги, импульс, массыг нутагшуулдаг салангид бөөмс - фотонуудын урсгал юм. Зарим оптик системээр дамжих үед фотонуудын материйн харилцан үйлчлэл нь орон зайд фотонуудын дахин хуваарилалт, дифракцийн хэв маягийг бий болгоход хүргэдэг. Энэ тохиолдолд сансар огторгуйн аль ч цэг дэх гэрлийн долгионы далайцын квадрат нь фотонуудын энэ цэгт хүрэх магадлалын хэмжүүр юм.

Тиймээс гэрлийн корпускуляр шинж чанар нь цацрагийн энерги, масс, импульс нь салангид фотонуудад нутагшдагтай, долгионы шинж чанар нь фотонуудын орон зайд тархалтын статистикийн хуультай холбоотой байдаг.

Лекц 4

2.Материйн бөөмсийн хос корпускуляр долгионы шинж чанар

2.1. Де Бройлигийн таамаглал

1924 онд Францын физикч Луи де Бройль электрон эсвэл бусад бөөмийн хөдөлгөөн нь долгионы үйл явцтай холбоотой гэсэн таамаглал дэвшүүлжээ. Энэ процессын долгионы урт:

болон давтамж ω = E/ħ, өөрөөр хэлбэл корпускуляр долгионы хоёрдмол байдал нь үл хамаарах зүйлгүй бүх бөөмсүүдэд байдаг.

Хэрэв бөөмс кинетик энергитэй бол Э, тэгвэл энэ нь де Бройлийн долгионы урттай тохирч байна:

Боломжит зөрүүгээр хурдассан электроны хувьд
, кинетик энерги
, долгионы урт

Å. (2.1)

Дэвиссон, Гермер нарын туршилтууд (1927).Тэдний туршилтын санаа нь дараах байдалтай байв. Хэрэв электрон цацраг нь долгионы шинж чанартай бол эдгээр долгионы тусгалын механизмыг мэдэхгүй байсан ч тэдний талстаас тусах нь рентген туяатай ижил интерференцийн шинж чанартай байх болно гэж бид найдаж болно.

AT Дэвиссон, Гермер нарын хийсэн нэг цуврал туршилт нь дифракцийн максимумыг (хэрэв байгаа бол) электронуудын хурдасгах хүчдэл болон детекторын байрлалыг нэгэн зэрэг хэмжсэн. Д (туссан электронуудын тоолуур). Туршилтанд 2.1-р зурагт үзүүлсэн шиг нунтагласан никель (куб систем) нэг талстыг ашигласан.

Хэрэв энэ нь босоо тэнхлэгийг тойрон хэв маягт тохирсон байрлалд эргүүлбэл, энэ байрлалд газрын гадаргуу нь тусгалын хавтгайд перпендикуляр атомуудын тогтмол эгнээгээр хучигдсан байдаг (загварын хавтгай), тэдгээрийн хоорондох зай. г= 0.215 нм.

Д детекторыг өнцгийг өөрчлөх замаар тусгалын хавтгайд шилжүүлсэн θ. Өнцөг дээр θ = 50° ба хурдасгах хүчдэл У= 54V Туссан электронуудын онцгой тодорхой дээд хэмжээ ажиглагдсан бөгөөд туйлын диаграммыг 2.2-р зурагт үзүүлэв.

Энэ максимумыг үетэй хавтгай дифракцийн торны нэгдүгээр эрэмбийн интерференцийн максимум гэж тайлбарлаж болно.

, (2.2)

Үүнийг 2.3-р зурагнаас харж болно. Энэ зураг дээрх зузаан цэг бүр нь зургийн хавтгайд перпендикуляр шулуун шугам дээр байрлах атомын гинжин хэлхээний төсөөлөл юм. Хугацаа г бие даан хэмжиж болно, жишээ нь рентген туяаны дифракц.

AT (2.1) де Бройль долгионы уртын томъёогоор тооцоолно У= 54V нь 0.167 нм-тэй тэнцүү байна. Томъёо (2.2)-аас олдсон харгалзах долгионы урт нь 0.165 нм байна. Хэлэлцээр нь маш сайн байгаа тул олж авсан үр дүн нь де Бройлийн таамаглалыг баттай нотолж байна.

Дэвиссон, Гермер нарын хийсэн өөр нэг цуврал туршилт нь эрчмийг хэмжих явдал байв Iөгөгдсөн тусгалын өнцөгт туссан электрон цацраг, гэхдээ хурдатгалын хүчдэлийн өөр өөр утгууд дээр У.

Онолын хувьд болороос рентген туяа тусахтай адил интерференцийн тусгалын максимумууд энэ тохиолдолд гарч ирэх ёстой. Ирж буй цацрагийн атомын дифракцийн үр дүнд болорын янз бүрийн болор хавтгайгаас долгионууд нь эдгээр хавтгайгаас толины тусгалыг мэдэрсэн мэт ялгардаг. Брагг-Вулфын нөхцөл хангагдсан тохиолдолд интерференцийн үед эдгээр долгионууд бие биенээ бэхжүүлдэг.

, м=1,2,3,…, (2.3)

хаана г - хавтгай хоорондын зай, α - гулсалтын өнцөг.

Х Энэ томъёоны гарал үүслийг санаарай. Зураг дээрээс. 2.4-аас харахад 1 ба 2 гэсэн хоёр долгионы замын хоорондох ялгаа нь тусгайлан тусгагдсан болохыг харж болно. хөрш атомын давхаргаас ABC =
. Иймээс интерференцийн максимум үүсэх чиглэлийг (2.3) нөхцөлөөр тодорхойлно.

Одоо (2.1) илэрхийлэлийг де Бройлийн долгионы уртыг (2.3) томъёонд орлуулъя. α ба утгуудаас хойш г Туршилтууд өөрчлөгдөөгүй хэвээр үлдсэн нь (2.3) томъёоноос харагдаж байна

~т, (2.4)

тэдгээр. үнэт зүйлс
, тусгалын максимум үүсэх үед бүхэл тоотой пропорциональ байх ёстой т= 1, 2, 3, ..., өөрөөр хэлбэл, бие биенээсээ ижил зайд байх ёстой.

Э Үүнийг туршилтаар баталгаажуулсан бөгөөд үр дүнг 2-р зурагт үзүүлэв. 5, хаана У вольтоор үзүүлэв. Энэ нь эрчим хүчний максимум байгааг харж болно Iбие биенээсээ бараг ижил зайд байдаг (ижил зураг нь талстаас рентген туяаны дифракцид үүсдэг).

Дэвиссон, Гермер нарын олж авсан үр дүн нь де Бройлигийн таамаглалыг хүчтэй баталж байна. Онолын хувьд бидний харж байгаачлан де Бройль долгионы дифракцийн шинжилгээ нь рентген туяаны дифракцтай бүрэн давхцдаг.

Ийнхүү хараат байдлын мөн чанар (2.4) туршилтаар батлагдсан боловч онолын таамаглалтай зарим нэг зөрүүтэй байсан. Тухайлбал, туршилтын болон онолын максимумуудын байрлалуудын хооронд (сүүлийнх нь 2.5-р зурагт сумаар харуулсан) системчилсэн зөрүү байгаа бөгөөд энэ нь хурдатгалын хүчдэл нэмэгдэх тусам буурдаг. У. Энэхүү зөрүү нь Брагг-Вулфын томъёог гаргахдаа де Бройлийн долгионы хугарлыг тооцоогүйтэй холбоотой юм.

Де Бройль долгионы хугарлын тухай.Хугарлын индекс Пде Бройль долгион, түүнчлэн цахилгаан соронзон долгионыг томъёогоор тодорхойлно

, (2.5)

хаана болон - эдгээр долгионы вакуум ба орчинд (болор) фазын хурд.

Де Бройль долгионы фазын хурд нь үндсэндээ ажиглагдахгүй хэмжигдэхүүн юм. Иймд (2.5) томъёог хугарлын илтгэгчийг хувиргах хэрэгтэй Пхэмжсэн хэмжигдэхүүнүүдийн харьцаагаар илэрхийлж болно. Үүнийг дараах аргаар хийж болно. Тодорхойлолтоор бол фазын хурд

, (2.6)

хаана к - долгионы дугаар. Фотонуудын нэгэн адилаар де Бройль долгионы давтамж нь зөөвөрлөгч хоорондын интерфэйсийг дамжуулахад өөрчлөгддөггүй гэж үзвэл (хэрэв ийм таамаглал нь шударга бус бол туршлага үүнийг зайлшгүй харуулах болно) бид (2.5) -ийг (2.6) төлөөлнө. хэлбэрээр харгалзан үзнэ

(2.7)

П Вакуумаас болор (металл) руу унах үед электронууд өөрсдийгөө боломжит нүхэнд олдог. Энд тэдний кинетик энерги байна боломжит худгийн "гүн" -ээр нэмэгддэг (Зураг 2.6). Томъёогоор (2.1), хаана
, үүнийг дагадаг λ~
Тиймээс (2.7) илэрхийллийг дараах байдлаар дахин бичиж болно.

(2.8)

хаана У 0 - дотоод боломжболор. Илүү их байгаа нь харагдаж байна У (харьцангуй ), сэдэв Пэв нэгдэлд ойртож байна. Тиймээс Пялангуяа бага хэмжээгээр илэрдэг У, мөн Брагг-Вулфын томъёо нь хэлбэрийг авдаг

(2.9)

Брэгг-Вулфын томьёо (2.9) хугарлыг харгалзан үзээд эрчим хүчний максимумуудын байрлалыг үнэхээр тайлбарлаж байгаа эсэхийг шалгацгаая.
Зураг дээр. 2.5. (2.9)-д орлуулж байна Пболон λ (2.8) ба (2.1) томъёоны дагуу хурдатгалын потенциалын зөрүүгээр илэрхийлэгдэнэ. У, тэдгээр.

(2.11)

Одоо бид хуваарилалтыг анхаарч үзэх хэрэгтэй
Зураг 2.5-д никель утгын хувьд авсан У 0=15V, г=0.203 нм ба α =80°. Дараа нь (2.11) энгийн хувиргалтуудыг дараах байдлаар дахин бичиж болно.

(2.12)

Энэ томъёог ашиглан утгыг тооцоол
, жишээлбэл, гурав дахь эрэмбийн дээд хэмжээ ( м= 3), үүний хувьд Брагг-Вулфын томъёо (2.3)-ын зөрүү хамгийн том нь болсон:

3-р эрэмбийн дээд зэргийн бодит байрлалтай давхцаж байгаа нь тайлбар шаарддаггүй.

Тиймээс Дэвиссон, Жермер нарын туршилтууд нь де Бройлийн таамаглалын гайхалтай баталгаа гэж хүлээн зөвшөөрөх ёстой.

Томсон ба Тартаковский нарын туршилт. Эдгээр туршилтуудад электрон цацрагийг поликристал тугалган цаасаар дамжуулсан (рентген туяаны дифракцийг судлах Дебай аргын дагуу). Рентген туяаны нэгэн адил тугалган цаасны ард байрлах гэрэл зургийн хавтан дээр дифракцийн цагирагийн систем ажиглагдсан. Хоёр зургийн ижил төстэй байдал нь гайхалтай юм. Эдгээр цагиргуудын системийг электронууд биш, харин тугалган цаасан дээр электронууд орсны үр дүнд үүссэн хоёрдогч рентген туяагаар үүсгэдэг гэсэн сэжиг тархсан электронуудын замд соронзон орон үүссэн тохиолдолд амархан арилдаг. соронз). Энэ нь рентген туяанд нөлөөлдөггүй. Энэ төрлийн туршилт нь хөндлөнгийн загвар шууд гажуудсан болохыг харуулсан. Энэ нь бид электронтой харьцаж байгааг тодорхой харуулж байна.

Г.Томсонтой туршилт хийсэн хурданэлектрон (арван кеВ), II.C. Тарковский - харьцангуй удаанэлектрон (1.7 кВ хүртэл).

Нейтрон ба молекулуудтай хийсэн туршилтууд.Кристалуудын долгионы дифракцийг амжилттай ажиглахын тулд эдгээр долгионы долгионы уртыг болор торны зангилааны хоорондох зайтай харьцуулах шаардлагатай. Тиймээс хүнд хэсгүүдийн дифракцийг ажиглахын тулд хангалттай бага хурдтай бөөмсийг ашиглах шаардлагатай. Талстаас ойх үед нейтрон ба молекулуудын дифракцын талаар холбогдох туршилтууд хийгдсэн бөгөөд хүнд хэсгүүдэд ч хэрэглэсэн үед де Бройлийн таамаглал бүрэн батлагдсан.

Үүний ачаар долгионы шинж чанар нь бүх нийтийн өмч болохыг туршилтаар нотолсон бүгдтоосонцор. Эдгээр нь тодорхой бөөмийн дотоод бүтцийн ямар нэг онцлогоос үүдэлтэй биш, харин хөдөлгөөний ерөнхий хуулийг тусгадаг.

О нэг электронтой туршилтууд. Дээр дурдсан туршилтуудыг бөөмийн цацраг ашиглан хийсэн. Тиймээс байгалийн асуулт гарч ирдэг: ажиглагдсан долгионы шинж чанарууд нь бөөмсийн цацраг эсвэл бие даасан хэсгүүдийн шинж чанарыг илэрхийлдэг үү?

Энэ асуултад хариулахын тулд 1949 онд В.Фабрикант, Л.Биберман, Н.Сушкин нар электрон туяа маш сул байсан тул электрон бүр талстаар нэг нэгээр дамжин өнгөрч, тархсан электрон бүрийг гэрэл зургийн хавтангаар тэмдэглэсэн туршилт хийжээ. Үүний зэрэгцээ, бие даасан электронууд анх харахад гэрэл зургийн хавтангийн өөр өөр цэгүүдэд бүрэн санамсаргүй байдлаар цохигдсон нь тогтоогдсон (Зураг 2.7, а). Үүний зэрэгцээ, хангалттай урт өртөх үед гэрэл зургийн хавтан дээр (Зураг 2.7, b) ердийн электрон цацрагийн дифракцийн загвартай яг адилхан дифракцийн загвар гарч ирэв. Тиймээс бие даасан хэсгүүд нь долгионы шинж чанартай байдаг нь батлагдсан.

Тиймээс бид байгаа бичил объектуудтай харьцаж байна нэгэн зэрэгкорпускуляр ба долгионы шинж чанарууд. Энэ нь электронуудын талаар илүү дэлгэрэнгүй ярих боломжийг бидэнд олгодог боловч бидний гаргасан дүгнэлт нь бүхэлдээ ерөнхий утгатай бөгөөд ямар ч тоосонцород адилхан хамаатай юм.

Энэ нь де Бройлийн томьёогоор долгионы шинж чанар нь масс, хурдтай бодисын аль ч ширхэгт байх ёстой гэсэн үг юм. . 1929 онд Стернийн туршилтаар де Бройль томьёо нь атом, молекулын цацрагт ч хүчинтэй гэдгийг баталсан. Тэрээр долгионы уртын хувьд дараах илэрхийлэлийг олж авсан.

Ǻ,

хаана μ – молийн массбодисууд Н ГЭХДЭЭАвогадрогийн тоо, Рбүх нийтийн хийн тогтмол, Т- температур.

Атом ба молекулын цацрагийг хатуу биетийн гадаргуугаас тусгах үед дифракцийн үзэгдлийг ажиглах шаардлагатай бөгөөд тэдгээр нь хавтгай (хоёр хэмжээст) дифракцийн сараалжтай ижил харьцаагаар тодорхойлогддог. Тусгалын өнцөгтэй тэнцүү өнцгөөр тархсан бөөмсөөс гадна хоёр хэмжээст дифракцийн торны томъёогоор тодорхойлогддог бусад өнцгөөр ойсон бөөмсийн тоонд максимумууд байдгийг туршилтууд харуулсан.

Де Бройлийн томьёо нь нейтроны хувьд ч хүчинтэй болсон. Үүнийг хүлээн авагч дээр нейтроны дифракцийн туршилтаар баталсан.

Тиймээс тайван масстай хөдөлгөөнт хэсгүүдэд долгионы шинж чанар байгаа нь хөдөлгөөнт бөөмийн ямар ч онцлогтой холбоогүй бүх нийтийн үзэгдэл юм.

Макроскопийн биед долгионы шинж чанар байхгүй байгааг дараах байдлаар тайлбарлав. Ньютоны механик (харьцангуй бус) механикийн хэрэглэгдэхүүнийг шийдвэрлэхэд гэрлийн хурд гүйцэтгэсэн үүргийн нэгэн адил ямар тохиолдолд сонгодог ойлголтоор өөрийгөө хязгаарлаж болохыг харуулах шалгуур байдаг. Энэ шалгуур нь Планкийн тогтмолтой холбоотой ħ. Физик хэмжээс ħ тэнцүү ( эрчим хүч)x( цаг), эсвэл ( эрч хүч)x( урт), эсвэл (эрчмийн момент).Ийм хэмжигдэхүүнтэй хэмжигдэхүүнийг нэрлэдэг үйлдэл.Планкийн тогтмол нь үйл ажиллагааны квант юм.

Хэрэв энэ дотор бол физик системзарим шинж чанарын үнэ цэнэ Х-тай үйл ажиллагааны хэмжээсийг харьцуулж болно ħ , тэгвэл энэ системийн зан төлөвийг зөвхөн квант онолоор тайлбарлах боломжтой. Хэрэв үнэ цэнэ Ххарьцуулахад маш том ħ , дараа нь системийн зан төлөвийг сонгодог физикийн хуулиар өндөр нарийвчлалтай дүрсэлсэн байдаг.

Гэхдээ энэ шалгуур нь ойролцоо гэдгийг анхаарна уу. Энэ нь зөвхөн хэзээ болгоомжтой байхыг заадаг. Үйл ажиллагааны жижиг байдал ХЭнэ нь сонгодог хандлагыг бүрэн ашиглах боломжгүй гэдгийг үргэлж илэрхийлдэггүй. Ихэнх тохиолдолд энэ нь квант аргыг ашиглан боловсронгуй болгож болох системийн зан үйлийн талаархи чанарын санааг өгч чадна.