Dualita částice a vlnění

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání

Myšlenku duality částic a vlnění zavedl v roce 1905 Albert Einstein pro objasnění fotoelektrického jevu. Fyzikální pojem dualita částice a vlnění se vztahuje ke skutečnosti, že světlo lze popsat buď jako vlnu nebo jako částici, v závislosti na uspořádání experimentu a způsobu pozorování. Ačkoliv se tato dualita v obecnosti týká veškeré hmoty, nejčastěji se s ní lze setkat v případě objektů s velmi malou hmotností, zvláště pak u elementárních částic. Vysvětlením se zabývají interpretace kvantové mechaniky.

Elektromagnetické záření[editovat | editovat zdroj]

Např. elektromagnetické záření může někdy vykazovat vlnový charakter (např. při ohybu světla), a jindy se chová jako částicové záření (např. u fotoelektrického jevu). Světlo lze tedy popsat vlnovou teorií, ale také teorií kvantovou.

Na otázku, zda má toto záření vlnový nebo částicový charakter, nelze odpovědět jednoznačně. Některé jevy v oblasti optiky lze vysvětlit pouze prostřednictvím vlnového charakteru světla, zatímco jiné jevy (např. fotoelektrický jev) lze vysvětlit pouze pomocí fotonů.

Z tohoto hlediska lze tedy tvrdit, že obě teorie se vzájemně doplňují, a pro daný jev je vždy nutné vybrat vhodný teoretický popis. Světlo tedy chápeme jako fyzikální jev, který má vlnovou i korpuskulární povahu. Právě tato skutečnost je chápána jako dualismus vln a částic.

Částicová povaha elektromagnetického záření se projevuje především v krátkovlnných oblastech (tzn. při vysokých energiích fotonů), vlnová povaha v oblasti dlouhovlnné.

Zobecnění[editovat | editovat zdroj]

Kvantová teorie ukazuje, že vlnové vlastnosti vykazují (v určitých situacích) všechny částice. Tato skutečnost je jedním z důležitých objevů kvantové fyziky. Takovou hypotézu vyslovil poprvé roku 1924 Louis-Victor de Broglie jenž vyslovil domněnku, že i částice lze popsat vlnovou délkou o velikosti:


\lambda = \frac{h}{p}
,

kde h je Planckova konstanta a p je hybnost částice. Ve svých důsledcích to znamená, že každému vlnění lze přiřadit určité částicové vlastnosti, a naopak, každá částice se může projevovat jako vlnění. Například rozlišení v elektronovém mikroskopu, kde látku sondují elektrony, závisí na jejich kinetické energii - vyšší rychlost (i kinetická energie) odpovídá vyšší hybnosti, čímž se snižuje jejich vlnová délka a lze tedy dosáhnout vyššího rozlišení.

Makroskopická analogie[editovat | editovat zdroj]

Například pomocí vibrující hladiny lze vytvořit klasickou analogii (Faradayova vlna odpovídá de Broglieho vlně).[1] Experimentálně realizované makroskopické chování jako u difrakce, atomárního orbitu či tunelování provedl Yves Coulder.[2] Později také vědci z MITu vytvořili analogii "pilotní vlny", kdy statistika poloh náhodně se pohybující makroskopické částice vykazovala tvar jako u vlnové funkce.[3]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. John W. M. Bush: Quantum mechanics writ large – http://www.tcm.phy.cam.ac.uk/~mdt26/tti_talks/deBB_10/bush_tti2010.pdf
  2. http://www.youtube.com/watch?v=W9yWv5dqSKk YouTube video Yves Couder Explains Wave/Particle Duality via Silicon Droplets
  3. http://phys.org/news/2013-07-fluid-dynamics-mimic-quantum-mechanics.html - When fluid dynamics mimic quantum mechanics

Související články[editovat | editovat zdroj]