7. Корпускулярно-волновой дуализм

Частица обладает конечным числом степеней свободы, строгой траекторией движения, отсутствием интерференции и дифракции. Волна же обладает бесконечным числом степеней свободы, бестраекторностью, ибо каждая точка пространства, куда приходит возбуждение, сама становится источником вторичных волн.

на природу света в истории науки существовали две точки зрения. Одна из них, поддерживаемая авторитетом Ньютона, рассматривала свет как поток упругих корпускул. Вторая точка зрения, отстаиваемая Декартом, а впоследствии Гюйгенсом, рассматривала свет как механическую волну.

Эйнштейн еще в 1905 году сумел обосновать природу фотоэффекта исходя из корпускулярных представлениях. Каждый электрон выбивается из металла под действием отдельного светового кванта, или фотона, который при этом теряет свою энергию. Часть этой энергии уходит на разрыв связи электрона с металлом. Эйнштейн показал зависимость энергии электрона от частоты светового кванта и энергии связи электрона с металлом.

Казалось, что корпускулярная теория материи торжествует. Но вскоре выяснилось, что определить энергию фотона (частицы света, не обладающей массой покоя) можно было, только представляя его себе в виде волны с соответствующей длиной и частотой. Получалось, что фотон – это одновременно и волна и частица. Распространяется он как волна, излучается и поглощается – как частица.

Энергия, масса и импульс фотона: Фотон обладает энергией Е = hv. Согласно теории относительности частица с энергией Е обладает массой т = Е/с². Фотон – частица, движущаяся со скоростью света с. Из равенства формул получим: hv = mc². Импульс фотона P = hv/c = h/λ, где λ – длина волны.

8. Гипотеза де Бройля. Волновые свойства вещества.

В 1924 году Луи де Бройль распространил идею о двойственной корпускулярно-волновой природе света на все материальные объекты, введя представление о волнах, названных волнами де Бройля. Все частицы, обладающие конечным импульсом Р, обладают волновыми свойствами, и их движение сопровождается некоторым волновым процессом. Де Бройль исходя из общих принципов теории относительности получил закон, устанавливающий зависимость длины волны, связанной с движущейся частицей, от импульса частицы: λ=h/P.

Было установлено, что электроны дифрагируют на кристаллах как волны, и длина этих волн полностью соответствует формуле де Бройля. Экспериментально подтвержденная гипотеза де Бройля превратилась в принципиальную основу квантовой механики.

9. Принцип неопределенности Гейзенберга.

Соотношение неопределенностей: если известно место положения частицы в пространстве, то остается неизвестным импульс (количество движения), и наоборот. Можно говорить лишь о вероятности того, где в данный момент времени находится частица, и это является неизбежным следствием введения в физическую теорию представлений о квантовых скачках. Это одно из фундаментальных положений квантовой механики.

Исходя из созданного им математического аппарата квантовой механики, Вернер Гейзенберг установил предельную точность, с которой можно одновременно определить координату и импульс микрочастицы, и получил следующее соотношение неопределенностей этих значений: ∆Х × ∆Р ≥ h, где ∆Х— неопределенность в значении координаты; ∆Р — неопределенность в значении импульса.