量子物理学的想法在近几十年以来,量子物理学在发展后的前半个世纪未能渗入流行文化。然而,关于模因Schrödinger的猫或者海森伯格的不确定性原则在社交媒体上比比皆是,建造的物理学知之甚少。波颗粒二元性是这些基本支柱之一。物理课程投入了数周的时间来介绍它 - 但是在简短的文章中仍然可以介绍一些重要方面。
一点点光明的历史
在日常世界或我们的经验中,海浪和颗粒是非常不同的事物。 17的重要辩论Th世纪物理学是光是波还是由小颗粒组成。尽管海洋膨胀是由假定是颗粒的大量原子组成的,但海滩上的破裂肯定是一波。假定我们不知道的事情,例如Light,必须是另一个或另一个,即使牛顿和霍根斯等巨人不同意它。
托马斯·杨(Thomas Young)等人在19号早期表现出波浪状的行为Th世纪。在Young的经典示例中,狭窄的缝隙在另一侧散开并蔓延开来,就像海浪遇到狭窄的头部守护更宽的海湾时一样。遇到这种阻塞的颗粒会反弹或通过不受影响。即使是那些像足球那样削减优势的人,也对观察到的年轻人的反应也有所不同。
似乎问题已经解决,这是牛顿的罕见案例,甚至失去了科学辩论,甚至是死后。光线通过的方式弯曲的方式一种媒介也与波浪一致,而粒子的作用相反。
但是,在20开始时Th世纪,麦克斯·普朗克(Max Planck)和阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)表明,如果在某些情况下光像粒子一样,有些原本无法解释的观察是有意义的。令人不安的是,这是1921年爱因斯坦诺贝尔奖所引用的主要原因,因为当时它的争议不如相对论。
1923年,亚瑟·康普顿(Arthur Compton)证明,X射线与颗粒(例如颗粒)的电子动量相撞,但是X射线只是电磁辐射的一种比可见光的能量(即短波长)形式。光不仅在某个能量阈值下从波动转变为粒子。取而代之的是,所有光,无论能量如何,都显示出波浪状的行为和粒子样行为。
波浪或粒子 - 为什么不呢?
现在,我们知道构成光的光子在以波浪状的方式行为时的波浪不是海洋中的波浪。取而代之的是,我们所看到的现在被称为波功能。光子的行为似乎可以在各个位置的任何位置,具有不同的概率。它不是一个点,而是起作用并与其他事物相互作用 - 好像它像较小的组件一样被拉伸和扩散。
但是,情况可能会崩溃此波函数,从而使其变成粒子状,几乎单点证实。
如果这很难抬头,请放心,这是20个上半场最伟大的头脑Th世纪为此而苦苦挣扎,即使在今天,人们才假装真正掌握它。
对于我们新探索的事情来说,这已经足够糟糕了 - 但是物理学家很快了解到,以前被认为是粒子的电子在条件正确时也可能表现为波浪。正如扬显然通过在缝隙上闪耀并观察到后面屏幕上的行为来证明了光的光线一样,发现电子在两个缝隙中发射可以在另一侧产生类似波浪的分布。如果电子具有纯粹的粒子性质,这些分布将是不可能的。
换句话说,这实际上是我们本质的一部分,而我们周围的一切都不能被依靠是扎实的,在适合这种情况的情况下变得像波浪一样。
从那里开始,发现物质的其他组成部分,例如质子和中子,表现出相同的双重性,尽管很难证明。
依次更复杂的实验已经执行了,所有这些都证实了很小的实体可以根据情况采用波浪或粒子特征。这也不只是单个粒子:原子由几个(有时数百个质子和中子)组成衍射和干涉在适当的情况下,分子(原子集合)也是如此。从总体上讲,一切可能都是波浪。
含义
我们不会直接经历这种波颗粒二元性,因为更大的物体具有较小的波形。海森伯格的不确定性原则确定对象的动量与波功能的程度之间的反相关关系。随着质量的上升,即使有微小的速度,动量也会增加,缩小波功能,并且由于对象的位置不确定性。几乎所有足够大的东西都可以看到波功能惊人的小我们无法衡量它,更不用说用自己的眼睛看到它了。
有例外。Bose-Einstein凝结是原子的集合,有时数量很大,其表现像亚原子粒子,使它们像波一样相互作用。之所以发生这种情况,是因为冷凝水中的原子具有量子相干性,这对熟悉的对象并非如此。但是,由于制作玻色爱因斯坦冷凝水需要将原子冷却至几乎绝对零 (-273°C或-460°F)我们在实验室外没有遇到它(甚至在寒冷的冬天早晨也没有)。
这并不意味着波颗粒二元性不会影响我们。疏散Ö丁格的猫来自一个思想实验,旨在表明微观中这种二元性如何渗入宏观世界。尽管首先提出要证明我们必须误解亚原子量子行为,但我们现在有信心在很小的规模上拥有这项权利。物理学家仍在辩论,我们如何从世界上建立的世界所经历的方式。
然而,由于许多技术取决于亚原子颗粒或光子表现出波颗粒二元性,因此我们不需要猫,衣服或同事来表现出波动的行为来塑造我们的生活。
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