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)W niektórych eksperymentach cząstka elementarna (tu: foton) jest w superpozycji stanu cząsteczkowego i stanu falowego: i Quantum wave–particle superposition in a delayed-choice experiment.
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:
gdzie jest stałą Plancka, łączy wielkości falowe (długość fali ) z korpuskularnymi (pęd ).
Dualizm korpuskularno-falowy w sformalizowanym języku mechaniki kwantowej można opisać posługując się równaniem Schrödingera:
gdzie: – jednostka urojona, – stała Plancka podzielona przez 2π, – operator różniczkowy – hamiltonian opisujący całkowitą energię analizowanej cząstki, – 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 opisuje prawdopodobieństwo wystąpienia danej cząstki w określonym miejscu przestrzeni w objętości Prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w całej przestrzeni jest równe 1 (jesteśmy pewni, że gdzieś jest). Stąd
Dokonując pomiaru położenia cząstki zawsze znajdujemy ją w przybliżeniu w konkretnym miejscu w przestrzeni (rejestruje ją konkretny detektor)Przed pomiarami trajektoria cząstki jest superpozycją wszystkich dozwolonych dróg: Measuring the deviation from the superposition principle in interference experiments, Exotic looped trajectories in double-slit experiments with matter waves, Exotic looped trajectories of photons in three-slit interference.. 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 obiektMożliwe jest jednak uzyskanie interferencji i informacji o „wyborze” szczeliny w przypadku, gdy foton jest superpozycją dwóch wektorów falowych (Menzel 2012), w przypadku zastosowania fair sampling ( i ) i słabych pomiarów (). Wykorzystując splątanie kwantowe można również zaobserwować nie niszcząc interferencji czy foton przeszedł przez którąkolwiek szczelinę, ale nie przez którą konkretnie ().. Przyczyną tego jest istnienie splątania kwantowego i dostępność informacji o obserwablach. Po detekcji cząstki nieoznaczoność jej pędu stopniowo wzrasta, przez co maleje widoczność prążków interferencyjnych.
Największe układy, dla których zaobserwowano dualizm korpuskularno-falowy miały 2000 atomów.
Zobacz też
zjawisko Comptona – najbardziej znany dowód na dualną naturę światła
Przypisy
Kategoria:Zjawiska kwantowe