Совет 1: Теория волн: из чего все состоит

Тот факт, что свет или электромагнитное излучение обладает свойствами частиц, был известен со времен Комптона. Луи Де Бройль предположил и доказал обратное. Согласно его теории, все частицы обладают волновыми свойствами.

Общие сведения



Материальные волны, называемые также волнами де Бройля, являются главным элементом всей материи, в том числе атомов, из которых состоит наше тело. Одним из первых и наиболее важных выводов квантовой физики является предположение, что электроны имеют двойственную природу. Они могут быть как волной, так и частицей. Вскоре стало очевидно, что вся материя обладает этой же природой. Именно поэтому вещество, отчасти, обладает теми же свойствами что и электроны, которые являются частицами.

Однако длина волны частиц материи очень мала, и в большинстве случаев они едва заметны. Например, длина волны материи человеческого тела составляет порядка 10 нанометров. Это намного меньше, чем можно заметить с использованием современных технологий.

Теория и ее доказательство



Концепция волн материи была впервые предложена французским физиком Луи Де Бройлем. Он лишь расширил гипотезу, выдвинутую Альбертом Эйнштейном, Максом Планком и Нильсом Бором. Бор в первую очередь изучил квантовое поведение атомов водорода, в то время как де Бройль пытался расширить эти идеи, чтобы определить уравнение волны для всех видов материи. Де Бройль создал свою теорию и представил ее в качестве кандидатской диссертации, за которую он был удостоен Нобелевской премии по физике в 1929 году. Это был первый случай, когда Нобелевская премия была присуждена за кандидатскую диссертацию.

Уравнения, известные как Гипотеза Де Бройля, описывают двойственную природу волн и частиц. Эти уравнения доказывают, что длина волны обратно пропорциональна ее импульсу и частоте, но прямо пропорциональна кинетической энергии. Энергия является относительным значением, которое зависит от единиц измерения. Таким образом, частицы с низким импульсом, такие как электроны, при комнатной температуре имеют дебройлевскую длину волны — около 8 нанометров. Частицы с еще более низким импульсом, такие как атомы гелия, при температурах лишь несколько нанокельвинов, будут иметь длину волны всего два-три микрона.

Гипотеза Де Бройля была подтверждена в 1927 году, когда ученые Лестер Гермер и Клинтон Дэвиссон бомбардировали никелевую пластину медленными электронами. В результате опыта получилась дифракционная картина, которая продемонстрировала волнообразные характеристики электронов. Дебройлевские волны можно наблюдать только при определенных условиях, потому что электроны, использующиеся для их обнаружения, должны обладать малым ускорением. С 1927 года волнообразный характер различных элементарных частиц был продемонстрирован и доказан эмпирически.

Совет 2: Свойства фотона как элементарной частицы

Элементарные частицы - это частицы, из которых состоит вся материя. Они являются неразложимыми, то есть состоят только из себя и не имеют составляющих.
Инструкция
1
Элементарная частица - это обобщающее название для группы мельчайших частиц, составляющих материю. К ним относится фотон, являющийся квантом электромагнитного излучения. Квантом называется наименьшее возможное и неделимое количество энергии отданной или принятой электроном. Существование элементарных частиц является одним из важнейших постулатов физике, а проверка этого постулата на правдивость - одной из первейших задач.
2
На существовании фотонов основывается множество физических теорий, начиная от квантовых и заканчивая ядерными. Квантовая электродинамика объясняет взаимодействие между фотонами, позитронами и электронами. Она рассматривает процесс передачи электромагнитной энергии между частицами, как процесс передачи виртуальными частицами. Виртуальные частицы - это находящиеся в промежуточных состояниях и не подвергающиеся обычным соотношениям между массой, энергией и импульсом.
3
Фотон является непрерывно движущейся со скоростью света частицей электромагнитного поля, которую нельзя остановить. Фотон либо движется со скоростью света, либо вообще не существует. Фотону присущи и корпускулярные и волновые свойства, он обладает нулевой массой покоя и имеет импульс, что доказано наличием светового давления. Фотон способен участвовать в сильных ядерных взаимодействиях, которые относятся к квантовой хромодинамике и основываются на цветовом заряде.
4
Ученый-физик Джеймс Максвелл пришел к выводу, что свет, что бы преодолеть препятствие, должен обладать давлением. Квантовая теория объясняет наличие у света давления как передачу фотонами своего импульса молекулам или атомам вещества. Свет оказывает давление на отражающие и поглощающие его тела, что объясняет отклонение хвостов комет, пролетающих вблизи солнца. Часть их света передается свету, а часть поглощается, за счет чего происходит видимое отклонение.
5
Корпускулярно-волновой дуализм. Этот физический принцип утверждает, что любой объект природы может обладать и свойствами волны, и свойствами частицы. Впервые корпускулярно-волновой дуализм был обнаружен при экспериментами со свойствами света, ведущего себя, в зависимости от условий либо электромагнитная волна либо как дискретная частица. К фотону дуализм стал применим после открытия эффекта Комптона, который выяснил, что при прохождении рентгеновских лучей через вещество, длина волны рассеянного излучения увеличивается по сравнению с длиной волны падающего излучения. Фотон проявляет корпускулярные свойства при воздействии с веществом и волновые свойства при распространении.
Видео по теме
Источники:
  • Большая советская энциклопедия
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500