Dualizm korpuskularno-falowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Dualizm korpuskularno-falowy – cecha obiektów kwantowych (np. fotonów, czy elektronów) polegająca na przejawianiu, w zależności od sytuacji, właściwości falowych (dyfrakcja, interferencja) lub korpuskularnych (dobrze określona lokalizacja, pęd)[1].

Zgodnie z mechaniką kwantową cała materia charakteryzuje się takim dualizmem, chociaż uwidacznia się on bezpośrednio tylko w bardzo subtelnych eksperymentach wykonywanych na atomach, fotonach, czy innych obiektach kwantowych.

Dualizm korpuskularno-falowy jest ściśle związany z falami de Broglie’a – koncepcją, która przyczyniła się do powstania mechaniki kwantowej, a w szczególności do wyprowadzenia równania Schrödingera.

Równanie:

gdzie jest stałą Plancka, łączy wielkości falowe (długość fali ) z korpuskularnymi (pęd ).

Dualizm korpuskularno-falowy w sformalizowanym języku mechaniki kwantowej można opisać posługując się równaniem Schrödingera:

gdzie:

jednostka urojona,
stała Plancka podzielona przez 2π,
operator różniczkowyhamiltonian opisujący całkowitą energię analizowanej cząstki,
funkcja falowa analizowanej cząstki (funkcje falowe są funkcjami zespolonymi), opisuje możliwe stany czyste danej cząstki kwantowej.

Otrzymana w wyniku rozwiązania tego równania funkcja falowa (stąd „falowość”), a dokładniej kwadrat modułu funkcji falowej opisuje prawdopodobieństwo wystąpienia danej cząstki w określonym miejscu przestrzeni w objętości Prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w całej przestrzeni jest równe 1 (jesteśmy pewni, że gdzieś jest). Stąd

Dokonując pomiaru położenia cząstki zawsze znajdujemy ją w przybliżeniu w konkretnym miejscu w przestrzeni (rejestruje ją konkretny detektor). W przypadku eksperymentów z podwójną szczeliną uzyskuje się interferencję bądź nie w zależności od tego czy obiekt przejawia właściwości falowe czy cząsteczkowe. Właściwości cząsteczkowe są obserwowane, gdy w szczelinach będzie umieszczony detektor, wykrywający przez którą szczelinę się poruszał obiekt[2]. Przyczyną tego jest istnienie "splątania i dostępność informacji [o obserwablach]"[3]. Po detekcji cząstki jej pęd stopniowo wzrasta z powodu istnienia splątania[4].

Największe układy, dla których zaobserwowano dualizm korpuskularno-falowy miały 58 (ftalocyjanina) i 114 atomów (pochodna ftalocjaniny)[5][6].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. W niektórych eksperymentach cząstka elementarna (tu: foton) jest w superpozycji stanu cząsteczkowego i stanu falowego: Jian-Shun Tang i inni, Realization of quantum Wheeler's delayed-choice experiment, „Nature Photonics”, 6 (9), 2012, s. 600–604, DOI10.1038/nphoton.2012.179, ISSN 1749-4885 [dostęp 2018-08-13] (ang.).
  2. Możliwe jest jednak uzyskanie interferencji i informacji o „wyborze” szczeliny w przypadku, gdy foton jest superpozycją dwóch wektorów falowych (zob. Menzel 2012) i w przypadku zastosowania fair sampling: Publikacja w otwartym dostępie – możesz ją bezpłatnie przeczytać Eliot Bolduc i inni, Fair sampling perspective on an apparent violation of duality, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 111 (34), 2014, s. 12337–12341, DOI10.1073/pnas.1400106111, PMID25114237, PMCIDPMC4151752 [dostęp 2018-08-13]. i Publikacja w otwartym dostępie – możesz ją bezpłatnie przeczytać Jonathan Leach i inni, The duality principle in the presence of postselection, „Scientific Reports”, 6 (1), 2016, DOI10.1038/srep19944, ISSN 2045-2322, PMID26821619, PMCIDPMC4731800 [dostęp 2018-08-13] (ang.).
  3. Publikacja w otwartym dostępie – możesz ją bezpłatnie przeczytać Ralf Menzel i inni, Wave-particle dualism and complementarity unraveled by a different mode, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 109 (24), 2012, s. 9314–9319, DOI10.1073/pnas.1201271109, PMID22628561, PMCIDPMC3386133 [dostęp 2018-08-13].
  4. Ya Xiao i inni, Observing momentum disturbance in double-slit "which-way" measurements, „arXiv:1805.02059 [quant-ph]”, 5 maja 2018, arXiv:1805.02059 [dostęp 2018-08-14].
  5. Largest Molecules Yet Behave Like Waves in Quantum Double-Slit Experiment, www.livescience.com [dostęp 2017-11-22].
  6. Thomas Juffmann i inni, Real-time single-molecule imaging of quantum interference, „Nature Nanotechnology”, 7 (5), 2012, s. 297–300, DOI10.1038/nnano.2012.34, ISSN 1748-3395 [dostęp 2017-11-24] (ang.).