Transcript Részecske és hullám

Részecske vagy hullám? –
A fény és az anyag kettős
természetéről
Vámos Lénárd
TeTudSz
2010.okt.1.
Tartalom
• A fény hullám természete
– Video, szimuláció, kísérlet
• A fény részecske természete
– QM előzmények, kísérletek bemutatása
– Fotoeffektus, Compton-eff.,
• Az anyag hullámtermészete
– drQuantum: Video bemutatása
• Következmények:
– Hullámfüggvény, határozatlansági reláció, hol van az elektron az
atomban
– Hanburry-Twiss
– AFM képek
Hullámok
A hullám egy rendszer olyan
állapotváltozása, amely időbeli
és/vagy térben periodikus
(vagyis szabályosan
ismétlődő). Energiát szállít.
1D
(vonalon)
2D
(felületen)
Bemutató:
• Kötélhullámok
•Kioltás
•Összegzés
•Polarizáció
• Vízhullámok
•Interferencia
•Elhajlás
• Fény
•Intereferencia
•Elhajlás
•Polarizáció
3D
(térben)
Hullámtermészet
• Huygens-elv: egy hullámfelület
minden pontja elemi hullámok
kiindulópontja is egyben.
• Huygens–Fresnel-elv: a
hullámtérben megfigyelhető
hatást az adott hullámfelületből
kiinduló koherens elemi hullámok
interferenciája határozza meg.
• Terjedés, Visszaverődés, Törés,
Elhajlás, Interferencia
• ripple.jar
–
–
–
–
–
Single Source (hullámfrontok)
Single Slit (elhajlás)
Half Plane (elhajlás)
Double Slit (interferencia)
Refraction
Descartes és Newton: Részecske
természet
• Egyenes vonalú
terjedés
• Visszaverődés
• Törés
• Energia és impulzus
megmaradás
Akkor a fény most részecske,
vagy hullám?
Részecske természet
Kinek van pontosabb leírása?
A fény elhajlása
A fény
interferenciája
19. sz. végére a hullám természet
győzelme biztosnak látszott
• Fresnel: elhajlás, interferencia
• Maxwell: a fény, mint elektromágneses
hullám
Hullám
természettel
magyarázható
Visszaverődés
Törés
Interferencia
Elhajlás
Polarizáció
Részecske
természettel
magyarázható
A 20.sz. kísérletei és a
részecsketermészet
• Hőmérsékleti
sugárzás
• Fotoeffektus
• Compton-szórás
A fekete test
sugárzása
A lávafolyam hőmérséklete megbecsülheő a színéből.
Az eredmények jól egyeznek a mérésekkel: 1000- 1200 °C.
http://www.szgti.b
mf.hu/fizika/feket
etest/
Fotoeffektus video
• http://www.youtube.com/watch?v=N7Bywk
IretM&feature=related
• http://extraphysics.com/java/java2.htm
E  h 
1
2
h   Wki  me  v e
2
ve
1
m  v 2  h   Wki
2
h   Wki  e U ell
Simulation
http://www.student.nada.kth.se/~f93-jhu/phys_sim/compton/Compton.htm
E  h 
E  h  
E  h 
E  m  c2
E  h 
m  c  h 
h 
mc 
c
h h
mc  
c 
2

Hullám
természettel
magyarázható
Visszaverődés
Törés
Interferencia
Elhajlás
Polarizáció
Fotoelektromos
jelenség
Compton-effektus
Részecske
természettel
magyarázható
Az anyag hullámtermészete
• de Broglie (1924):
• Ha fény mutat részecske tulajdonságot, akkor az
anyagi részecske is mutathat hullám tulajdonságot.
h
h
 
p mv
•
•
•
•
•
•
Makroszkópikus világunkban a testhez rendelt hullámhossz mérhetetlenül kicsi. Pl.:
egy 100 km/h sebességgel haladó 1 tonnás autó hullámhossza: autó= 2.4×10-37 m
Mikroszkópikusan egy elektron esetén meghatározó lehet:
h = 6.6262 × 10-34 Js
4
me= 9.10940 × 10-31 kg
Az atomi átmérő: 10-10 m = 1 Å

h 7.27 10

[m]
p
v
Az anyag hullámtermészete
• Kétréses kísérletek elektronokkal:
– drQuantum
– mérés
KÖVETKEZMÉNYEK
Heisenberg-határozatlansági
reláció
• Impulzus~hullámtermészet
• Pozíció~részecsketermészet

x  p 
2
x: a helymérés bizonytalansága
p: az impulzusmérés bizonytlansága
: h/2π, ahol h a Planck állandó
Atomerő mikroszkóp
Nikkel felülete atomi felbontásban,
Mesterségesen színezett ábra.
A elektronok interferencia mintája
nemesfémek felületén
„Mi a foton? Persze manapság
minden gézengúz úgy gondolja,
hogy tudja a választ, de becsapja
magát.” (A. Einstein)