Корпускулярно-волновой дуализм

 

В классической физике всякий процесс есть либо движение частицы, либо распространение волны. В микромире ситуация иная.

 

(а) В XIX в. распространение света считали волновым процессом (интерференция, дифракция, поляризация) и развитие этой точки зрения увенчалось построением электромагнитной теории света (Максвелл).

Однако, эта теория вместе с классической статистической физикой (прежде всего, с теоремой о равномерном распределении энергии по степеням свободы) для спектральной интенсивности излучения черного тела давала формулу Рэлея-Джинса

 

.

 

Она противоречила опыту (см. рис. 1) и приводила к “ультрафиолетовой” катастрофе.

 

Рис. 1

 

Для полной плотности энергии излучения формула Рэлея - Джинса дает:

 

!

 

В 1900 году М. Планк, пытаясь объяснить излучение черного тела, предположил, что энергия излучения испускается и поглощается веществом отдельными порциями - квантами. Энергия кванта света есть

 

e = iw, i h 1,05×10^-34Дж×с

 

Величина i есть постоянная ­Планка (раньше вместо нее использовалась h = 2pi). В 1905 году А. Эйнштейн объяснил законы фотоэффекта (в частности, существование красной границы), предположив, что свет не только испускается и поглощается, но и распространяется отдельными квантами. Их корпускулярные и волновые характеристики связаны соотношениями

 

e = iw, p= ik

 

l-длина волны.

 

Встал кардинальный вопрос: свет - волны или частицы? Возникла концепция корпускулярно-волнового дуализма.

 

(б) В 1924 г. Л. де Бройль предположил, что у всех микрообъектов, считавшихся ранее частицами (например, у электронов) должны быть не только корпускулярные характеристики e и p,но и волновые характеристики w, k, l. Они связаны теми же соотношениями:

 

, k, ().

 

Корпускулярные характеристики выявляются, скажем, при детектировании частиц (появилось ли пятно на фотопластинке или нет, счетчик щелкнул или нет). Волновую природу электронов выявили экспериментально в 1927 году Дэвисон и Джермер, обнаружившие дифракцию электронов на кристалле.

Таким образом, все микрообъекты ведут себя в одном круге явлений как частицы, а в другом - как волны. Это и есть корпускулярно-волновой дуализм, не известный классической физике.