Dualizm korpuskularno-falowy

Dualizm korpuskularno-falowy – cecha obiektów kwantowych (np. fotonów i elektronów) polegająca na przejawianiu, w zależności od sytuacji, właściwości falowych (dyfrakcja, interferencja) lub korpuskularnych (dobrze określona lokalizacja, pęd)^[1][2].

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:

${\displaystyle \lambda ={\frac {h}{p}},}$

gdzie ${\displaystyle h}$ jest stałą Plancka, łączy wielkości falowe (długość fali ${\displaystyle \lambda }$) z korpuskularnymi (pęd ${\displaystyle p}$).

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

${\displaystyle H\psi ({\vec {x}},t)=i\hbar {\frac {\partial }{\partial t}}\psi ({\vec {x}},t),}$

gdzie:

${\displaystyle i}$ – jednostka urojona,

${\displaystyle \hbar }$ – stała Plancka podzielona przez 2π,

${\displaystyle H}$ – operator różniczkowy – hamiltonian opisujący całkowitą energię analizowanej cząstki,

${\displaystyle \psi ({\vec {x}},t)=\psi _{R}({\vec {x}},t)+i\psi _{I}({\vec {x}},t)}$ – 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 ${\displaystyle |\psi |^{2}=(\psi _{R}({\vec {x}},t))^{2}+(\psi _{I}({\vec {x}},t))^{2}}$ opisuje prawdopodobieństwo wystąpienia danej cząstki w określonym miejscu ${\displaystyle ({\vec {x}},t)}$ przestrzeni w objętości ${\displaystyle d^{3}x.}$ Prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w całej przestrzeni jest równe 1 (jesteśmy pewni, że gdzieś jest). Stąd

${\displaystyle \int d^{3}x|\psi |^{2}=1.}$

Dokonując pomiaru położenia cząstki zawsze znajdujemy ją w przybliżeniu w konkretnym miejscu w przestrzeni (rejestruje ją konkretny detektor)^[3]. 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^[4]. Przyczyną tego jest istnienie splątania kwantowego i dostępność informacji o obserwablach^[5][6]. Po detekcji cząstki nieoznaczoność jej pędu stopniowo wzrasta, przez co maleje widoczność prążków interferencyjnych^[7].

Największe układy, dla których zaobserwowano dualizm korpuskularno-falowy miały 2000 atomów^[8].

Zobacz też

Zobacz hasło dualizm korpuskularno-falowy w Wikisłowniku

• zjawisko Comptona – najbardziej znany dowód na dualną naturę światła