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 1D (vonalon) 2D (felületen) 3D (térben) A hullám egy rendszer olyan állapotváltozása, amely időbeli és/vagy térben periodikus (vagyis szabályosan ismétlődő). Energiát szállít.rendszer 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-elv •Huygens–Fresnel-elv: a hullámtérben megfigyelhető hatást az adott hullámfelületből kiinduló koherens elemi hullámok interferenciája határozza meg.Huygens–Fresnel-elv interferenciája •Terjedés, Visszaverődés, Törés, Elhajlás, Interferencia •ripple.jarripple.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 természet Akkor 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 mf.hu/fizika/feket etest/ A lávafolyam hőmérséklete megbecsülheő a színéből. Az eredmények jól egyeznek a mérésekkel: °C.

Fotoeffektus video • IretM&feature=relatedhttp:// IretM&feature=related •

Simulation

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× m •Mikroszkópikusan egy elektron esetén meghatározó lehet: •h = × Js •m e = × kg •Az atomi átmérő: m = 1 Å

Az anyag hullámtermészete •Kétréses kísérletek elektronokkal: –drQuantumdrQuantum –mérésmérés

KÖVETKEZMÉNYEK

Heisenberg-határozatlansági reláció •Impulzus~hullámtermészet •Pozíció~részecsketermészet  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)