Wellenmechanik
Quantenmechanik
Nun, wie wir zuvor gesehen haben, können wir sehen, dass die Physik der physikalischen Phänomene, die wir hauptsächlich mit der fundamentalen Materie (Atome, Elektronen, Protonen usw.) in Verbindung bringen, bisher in ein scheinbar unentzifferbares Rätsel eingetreten ist! Teilchen verhalten sich wie Wellen und umgekehrt.
Also! Die folgenden Inhalte sind abstrakte und fortgeschrittene Konzepte der Physik. Ich bitte Sie, den neuen Konzepten gegenüber aufgeschlossen zu sein, die wir Ihnen jetzt skizzieren werden. Genau an diesem Punkt werden wir, wie bereits erwähnt, den wirklichen Bruch der modernen Physik mit der klassischen Physik sehen können! Ein völlig anderes Universum, das Sie im Physikunterricht Ihres Klassenzimmers noch nie gesehen haben. Um die Quantengesetze besser zu verstehen, müssen wir diese beiden grundlegenden Konzepte der Theorie "Die Wellen- und Teilchendualität von De Broglie" und "Heinsenbergs Unschärferelation" verstehen.
Louis Victor de Broglie verstand 1925 den dualen Charakter von Licht und Materie. Für einen großen Fortschritt in der Physik wurde de Broglie 1929 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Eine Frage, die sich ihm sicherlich gestellt hat, war: Wenn sich Licht, bisher als Welle betrachtet, in bestimmten Situationen wie ein Teilchen verhält, warum könnte sich dann nicht auch das als Teilchen betrachtete Elektron je nach Erfahrung wie eine Welle verhalten? Laut de Broglie könnte auch Materie ein solches duales Verhalten zeigen.
De Broglies Vorschlag zur Welle-Teilchen-Dualität für Materie erstreckt sich auf alle Materie wie Protonen, Neutronen, Atome, Moleküle und nicht nur auf Elektronen. Hier ist das Problem: Welche Wellenlänge wird einem Teilchen zugeordnet, damit es als Welle beschrieben werden kann? Um diese Frage zu beantworten, präsentierte de Broglie die folgende Beziehung ...
Zusammenfassend ordnet das De-Broglie-Prinzip jeder Masse m mit der Geschwindigkeit v eine Materiewellenlänge zu. Mit anderen Worten, jede Materie hat eine zugehörige Wellenlänge. Um dieses Konzept besser zu verstehen, betrachten wir ein Beispiel mit einem Baseball. Berechnung der De-Broglie-Wellenlänge, die einer Kugel von zugeordnet ist Baseball bei einer Masse von 400 g, die sich mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s bewegt, finden wir:
Es gibt also keine Möglichkeit, das Wellenverhalten für ein Objekt mit einer Wellenlänge dieser Größenordnung zu überprüfen. Diese Länge ist so klein, dass sie wird mal kleiner als der Atomkern. Denken Sie daran, dass wir zur Beobachtung des Wellenverhaltens Situationen schaffen können, die Beugung und Interferenz zeigen (typische Eigenschaften von Wellen). Die Hindernisse und/oder Öffnungen, die wir in den Weg der Wellen einbauen müssen, müssen jedoch eine Dimension (Größe) in der gleichen Größenordnung haben wie die Wellenlänge der Welle, die wir beugen oder stören sehen möchten.
Das bedeutet dann, dass es keinen Sinn macht, Wellenverhalten mit großen (makroskopischen) Körpern und deren Wellenlängen in Verbindung zu bringen, da die ihnen zugeordnete Wellenlänge im Verhältnis zu ihren eigenen Abmessungen extrem klein ist. Assoziieren Sie nun eine Wellenlänge mit Elementarteilchen wie (Protonen, Neutronen, Elektronen usw.) sinnvoll, da die mit dieser Mikroskala verbundene Wellenlänge gleich ihrer eigenen Dimension ist oder wenn nicht sehr nahe daran, das heißt, eine große Annäherung, um ihr Verhalten zu verstehen.