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

Hullámok1D

(vonalon)

2D (felületen)

3D (térben)

A hullám egy rendszer olyan állapotváltozása, amely időbeli és/vagy térben periodikus (vagyis szabályosan ismétlődő). Energiát szállít.Bemutató:

• Kötélhullámok

•Kioltás

•Összegzés

•Polarizáció

• Vízhullámok

•Interferencia

•Elhajlás

• Fény

•Intereferencia

•Elhajlás

•Polarizáció

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

Részecske természetAkkor a fény most részecske, vagy hullám?

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

Részecske természettel magyarázható

Visszaverődés

Törés

Interferencia

Elhajlás

Polarizáció

A 20.sz. kísérletei és a részecsketermészet

• Hőmérsékleti sugárzás

• Fotoeffektus

• Compton-szórás

A fekete test sugárzása

http://www.szgti.bmf.hu/fizika/feketetest/

A lávafolyam hőmérséklete megbecsülheő a színéből.

Az eredmények jól egyeznek a mérésekkel: 1000- 1200 °C.

Fotoeffektus video

• http://www.youtube.com/watch?v=N7BywkIretM&feature=related

• http://extraphysics.com/java/java2.htm

hE

2ev2

1 eki mWh ev

ellki UeWh

kiWhm 2v21

Simulation http://www.student.nada.kth.se/~f93-jhu/phys_sim/compton/Compton.htm

hE hE

2cmE

hE

hE

hcm 2

ch

cm

hch

cm

Hullám

természettel magyarázható

Részecske természettel magyarázható

Visszaverődés

Törés

Interferencia

Elhajlás

Polarizáció

Fotoelektromos jelenség

Compton-effektus

Az anyag hullámtermészete

• de Broglie (1924): • Ha fény mutat részecske tulajdonságot, akkor az

anyagi részecske is mutathat hullám tulajdonságot.

• 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• me= 9.10940 × 10-31 kg• Az atomi átmérő: 10-10 m = 1 Å

vmh

ph

][v1027.7 4

mph

Az anyag hullámtermészete

• Kétréses kísérletek elektronokkal:– drQuantum– mérés

KÖVETKEZMÉNYEK

Heisenberg-határozatlansági reláció

• Impulzus~hullámtermészet• Pozíció~részecsketermészet

2 px

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)