Корпускулярно-волновой дуализм.

Фотоэффект и опыты Комптона по рассеянию рентгеновского излучения на атомах показали, что свет, или электромагнитное излучение, следует рассматривать как поток частиц - фотонов. С другой стороны дифракцию и интерференционные эффекты можно объяснить только с точки зрения волнового подхода. Таким образом, свет ведет себя довольно странно. Он обладает волновыми свойствами и ведет себя как ансамбль частиц.

Такая особенность света (ансамбля фотонов) называется корпускулярно – волновымдуализмом. Итак, корпускулярно-волновой дуализм означает, что объект обладает одновременно свойствами волны и частицы. Это совершенно несовместимые понятия с точки зрения классической физики. Однако в микромире эта особенность является одним из основных свойств частиц. Поскольку фотоны обладают таким свойством, возникает вопрос: не проявляют ли частицы волновые свойства? Ответ на этот вопрос дала гипотеза де Бройля: Частицы проявляют волновые свойства. Длина волны, которую следует связать с частицей:

,

где - импульс частицы. Это формула де Бройля. Для нерелятивистской частицы , длина волны . Видим, что длина волны обратно пропорциональна скорости и массы частицы. Одной из элементарных частиц, обладающих наименьшей массой, является электрон. Протон имеет массу на три порядка превышающую массу электрона, следовательно, его длина волны меньше длины волны электрона, при той же скорости, также на три порядка.

Ещё одной особенностью микромира является соотношение неопределенностей Гейзенберга

Оно гласит: невозможно в одном эксперименте одновременно точно определить значение импульса и координаты частицы. Иначе, ошибки в одновременном определении координаты и импульса частицы не могут быть сведены до нуля, ни каким образом. Причиной такого свойства является тот факт, что любое измерение параметра частицы значительно изменяет её состояние, а следовательно значения других параметров. Параметры, которые связаны соотношением неопределенностей, называются канонически сопряженными. К таким параметрам относится пара энергия – время. Для них соотношение неопределенностей имеет вид

.

Его можно трактовать так: - неопределенность в измерении времени жизни системы в данном состоянии и - неопределенность в измерении величины энергии системы в этом состоянии не могут быть сведены к нулю при одновременном измерении этих параметров.