Корпускулярно-хвильової дуалізм у сучасній фізиці

Подання А. Ейнштейна про кванти світла, що послужили в 1913 р. відправним пунктом теорії Н. Бора, через 10 років знову зробили плідну вплив на розвиток атомної фізики. Вони привели до ідеї про «хвилях матерії» і тим самим заклали основу нової стадії розвитку квінтове теорії.

У 1924 р. відбулося одне з найбільших подій в історії фізики: французький фізик Л. де Бройль висунув ідею про хвильових властивості матерії. У своїй роботі «Світло і матерія »він писав про необхідність використовувати хвильові і корпускулярні уявлення не тільки згідно з вченням А. Ейнштейна в теорії світла, але також і в теорії матерії.

Л. де Бройль стверджував, що хвильові властивості, поряд з корпускулярним, властиві всім видам матерії: електронів, протонів, атомів, молекул і навіть макроскопічними тіл.

У 1926 р. австрійський фізик Е. Шредінгер знайшов математичне рівняння, що визначає поведінка хвиль матерії, так зване рівняння Шредінгера. Англійська фізик П. Дірак узагальнив його.

Смілива думку Л. де Бройля про загальне «дуалізм» частинки і хвилі дозволила побудувати теорію, з допомогою якої можна було охопити властивості матерії і світла в їх єдності. Кванти світла ставали при цьому особливим моментом загального будови мікросвіту.

Хвилі матерії, які спочатку представлялися як наочно-реальні хвильові процеси по типу хвиль акустики, взяли абстрактно-математичний вигляд і отримали завдяки німецькому фізику М. Борну символічне значення як «хвилі ймовірності ».

Проте гіпотеза де Бройля потребувала дослідному підтвердження. Найбільш переконливим свідченням існування хвильових властивостей матерії стало виявлення в 1927 м. дифракції електронів американськими фізиками К. Девісон і Л. Джермером.

Корпускулярно-хвильової дуалізм у сучасній фізиці став загальним. Будь-який матеріальний об'єкт характеризується наявністю як корпускулярних, так і хвильових властивостей.

Той факт, що один і той самий об'єкт виявляється і як частинка і як хвиля, руйнував традиційні уявлення. Форма частки має на увазі сутність, укладену в малому обсязі або в кінцевій області простору, тоді як хвиля поширюється за його величезним областям. У квантовій фізиці ці два описи реальності є взаємовиключними, але так само необхідними для того, щоб повністю описати що розглядаються явища.

Квантово-механічне опис мікросвіту грунтується на співвідношенні невизначеностей, встановленому німецьким фізиком В. Гейзенбергом, і принципі додатковості Н. Бора.

У своїй книзі «Фізика атомного ядра» В. Гейзенберг розкриває зміст співвідношення невизначеностей. Він пише, що ніколи не можна одночасно точно знати обидва параметри - координату і швидкість. Ніколи не можна одночасно знати, де знаходиться частинка, як швидко і в якому напрямку вона рухається. Якщо ставиться експеримент, який точно показує, де частка знаходиться в даний момент, то рух порушується в такому ступені, що частку після цього неможливо знайти. І навпаки, при точному вимірюванні швидкості не можна визначити місце розташування частинки.

З точки зору класичної механіки, співвідношення невизначеностей видається абсурдом. Щоб краще оцінити становище, потрібно мати на увазі, що ми, люди, живемо в макросвіті і, в принципі, не можемо побудувати наочну модель, яка була б адекватна мікросвіту. Співвідношення невизначеностей є вираз неможливості спостерігати мікросвіт, не порушуючи його. Будь-яка спроба дати чітку картину мікрофізіческіх процесів повинна спиратися або на корпускулярне, або на хвильове тлумачення.

Фундаментальним принципом квантової механіки, поряд зі співвідношенням невизначеностей, є принцип додатковості, якому Н. Бор дав наступну формулювання «Поняття частки і хвилі доповнюють один одного і в той же час суперечать один одному, вони є доповнюють картинами того, що відбувається ».

З теоретичної точки зору, мікрооб'єктів, для яких істотним є квант дії М. Планка, не можуть, розглядатися так само, як об'єкти макросвіту, адже для них Планка константа h з-за її малої величини не має, значення. У мікросвіті корпускулярна і хвильова картин самі по собі не є достатніми, як у світі великих тел. Обидві «картини» законні, і протиріччя між ними зняти не можна. Тому корпускулярна і хвильова картини повинні доповнювати одна одну, тобто бути комплементарними. Тільки при обліку, обох аспектів можна отримати загальну картину мікросвіту.

Згідно сучасними уявленнями, структура елементарних частинок описується за допомогою безперервно виникають і знову розпадаються «віртуальних» частинок. Наприклад, мезон будується з віртуального нуклона і антінуклона, які в процесі анігіляції (лат. annihilatio, букв, знищення) безупинно зникають, а потім утворюються знову.

Формальне залучення віртуальних частинок означає, що внутрішню структуру елементарних часток неможливо описати через інші частинки.

Задовільною теорії походження та структури елементарних часток поки немає. Багато вчених вважають, що таку теорію можна створити тільки при обліку космологічних обставин. Велике значення має дослідження народження елементарних частинок з вакууму в сильних гравітаційних і електромагнітних полях, оскільки тут встановлюється зв'язок мікро-і мегасвіті. Фундаментальні взаємодії у Всесвіту, у мегасвіті визначають структуру елементарних частинок і їх перетворення. Очевидно, буде потрібно вироблення нових понять для адекватного опису структури матеріального світу.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.popal.ru/