तरंग-कण द्वैत क्या है? यह फोटॉन और अन्य उप-परमाणु कणों की एक विशेषता है जो कुछ परिस्थितियों में तरंगों की तरह व्यवहार करते हैं और दूसरों के तहत कणों की तरह।
पदार्थ और प्रकाश का तरंग-कण द्वैत क्वांटम यांत्रिकी का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है, क्योंकि यह इस तथ्य को सर्वोत्तम रूप से प्रदर्शित करता है कि "तरंगें" और "कण" जैसी अवधारणाएं, जो शास्त्रीय यांत्रिकी में ठीक काम करती हैं, पर्याप्त नहीं हैं कुछ क्वांटम वस्तुओं के व्यवहार की व्याख्या।
प्रकाश की दोहरी प्रकृति को भौतिकी में 1905 के बाद मान्यता मिली, जब अल्बर्ट आइंस्टीन ने फोटॉन का उपयोग करके प्रकाश के व्यवहार का वर्णन किया, जिसे कणों के रूप में वर्णित किया गया था। तब आइंस्टीन ने कम प्रसिद्ध विशेष सापेक्षता प्रकाशित की, जिसने प्रकाश को तरंग व्यवहार के रूप में वर्णित किया।
दोहरे व्यवहार को प्रदर्शित करने वाले कण
सबसे अच्छा, तरंग-कण द्वैत का सिद्धांतफोटॉन के व्यवहार में देखा गया। ये दोहरे व्यवहार को प्रदर्शित करने वाली सबसे हल्की और सबसे छोटी वस्तुएँ हैं। बड़ी वस्तुओं में, जैसे कि प्राथमिक कण, परमाणु और यहाँ तक कि अणु, तरंग-कण द्वैत के तत्व भी देखे जा सकते हैं, लेकिन बड़ी वस्तुएँ अत्यंत छोटी तरंगों की तरह व्यवहार करती हैं, इसलिए उनका निरीक्षण करना बहुत कठिन होता है। आमतौर पर, शास्त्रीय यांत्रिकी में प्रयुक्त अवधारणाएँ बड़े या स्थूल कणों के व्यवहार का वर्णन करने के लिए पर्याप्त होती हैं।
तरंग-कण द्वैत का प्रमाण
लोग कई सदियों और यहां तक कि सदियों से प्रकाश और पदार्थ की प्रकृति के बारे में सोचते रहे हैं। अपेक्षाकृत हाल तक, भौतिकविदों का मानना था कि प्रकाश और पदार्थ की विशेषताएं स्पष्ट होनी चाहिए: प्रकाश या तो कणों की एक धारा या लहर हो सकती है, जैसे कि पदार्थ, या तो व्यक्तिगत कणों से मिलकर बनता है जो पूरी तरह से न्यूटनियन यांत्रिकी के नियमों का पालन करते हैं, या एक होने के नाते सतत, अविभाज्य माध्यम ।
शुरुआत में, आधुनिक समय में, अलग-अलग कणों की एक धारा के रूप में प्रकाश के व्यवहार के बारे में सिद्धांत, यानी कणिका सिद्धांत लोकप्रिय था। न्यूटन ने स्वयं इसका पालन किया। हालांकि, बाद में ह्यूजेंस, फ्रेस्नेल और मैक्सवेल जैसे भौतिकविदों ने निष्कर्ष निकाला कि प्रकाश एक लहर है। उन्होंने विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के दोलन द्वारा प्रकाश के व्यवहार की व्याख्या की, और इस मामले में प्रकाश और पदार्थ की परस्पर क्रिया शास्त्रीय क्षेत्र सिद्धांत की व्याख्या के अंतर्गत आती है।
हालांकि, बीसवीं शताब्दी की शुरुआत में, भौतिकविदों को इस तथ्य का सामना करना पड़ा कि न तो पहली और न ही दूसरी व्याख्याविभिन्न परिस्थितियों और अंतःक्रियाओं के तहत प्रकाश व्यवहार के क्षेत्र को पूरी तरह से कवर करें।
तब से, कई प्रयोगों ने कुछ कणों के व्यवहार के द्वैत को सिद्ध किया है। हालांकि, क्वांटम वस्तुओं के गुणों की तरंग-कण द्वैत की उपस्थिति और स्वीकृति विशेष रूप से पहले, शुरुआती प्रयोगों से प्रभावित हुई, जिसने प्रकाश के व्यवहार की प्रकृति के बारे में बहस को समाप्त कर दिया।
प्रकाश विद्युत प्रभाव: प्रकाश कणों से बना होता है
फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, जिसे फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव भी कहा जाता है, पदार्थ के साथ प्रकाश (या किसी अन्य विद्युत चुम्बकीय विकिरण) की बातचीत की प्रक्रिया है, जिसके परिणामस्वरूप प्रकाश कणों की ऊर्जा पदार्थ कणों में स्थानांतरित हो जाती है। प्रकाश-विद्युत प्रभाव के अध्ययन के दौरान, शास्त्रीय विद्युतचुंबकीय सिद्धांत द्वारा फोटोइलेक्ट्रॉनों के व्यवहार की व्याख्या नहीं की जा सकी।
हेनरिक हर्ट्ज़ ने 1887 में वापस उल्लेख किया कि इलेक्ट्रोड पर चमकते पराबैंगनी प्रकाश ने विद्युत स्पार्क बनाने की उनकी क्षमता में वृद्धि की। 1905 में आइंस्टीन ने फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की व्याख्या इस तथ्य से की कि प्रकाश कुछ क्वांटम भागों द्वारा अवशोषित और उत्सर्जित होता है, जिसे उन्होंने शुरू में लाइट क्वांटा कहा था, और फिर उन्हें फोटॉन करार दिया।
1921 में रॉबर्ट मिलिकेन के एक प्रयोग ने आइंस्टीन के फैसले की पुष्टि की और इस तथ्य को जन्म दिया कि बाद वाले को फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की खोज के लिए नोबेल पुरस्कार मिला, और मिलिकन को स्वयं 1923 में प्राथमिक कणों पर उनके काम के लिए नोबेल पुरस्कार मिला। और प्रकाश विद्युत प्रभाव का अध्ययन।
डेविसन-जर्मर प्रयोग: प्रकाश एक तरंग है
डेविसन का अनुभव - जर्मर ने पुष्टि कीप्रकाश के तरंग-कण द्वैत के बारे में डी ब्रोगली की परिकल्पना और क्वांटम यांत्रिकी के नियमों को तैयार करने के आधार के रूप में कार्य किया।
दोनों भौतिकविदों ने एक निकल सिंगल क्रिस्टल से इलेक्ट्रॉनों के परावर्तन का अध्ययन किया। वैक्यूम में स्थित सेटअप में एक निश्चित कोण पर एक निकल सिंगल क्रिस्टल ग्राउंड होता है। मोनोक्रोमैटिक इलेक्ट्रॉनों का एक बीम सीधे कटे हुए विमान के लंबवत निर्देशित किया गया था।
प्रयोगों से पता चला है कि परावर्तन के परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉन बहुत चुनिंदा रूप से बिखरे हुए हैं, अर्थात सभी परावर्तित बीमों में, गति और कोणों की परवाह किए बिना, अधिकतम और न्यूनतम तीव्रता देखी जाती है। इस प्रकार, डेविसन और जर्मर ने प्रयोगात्मक रूप से कणों में तरंग गुणों की उपस्थिति की पुष्टि की।
1948 में, सोवियत भौतिक विज्ञानी वी.ए. फेब्रिकेंट ने प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की कि तरंग कार्य न केवल इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह में निहित हैं, बल्कि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन में भी अलग-अलग होते हैं।
जंग का दो स्लिट्स के साथ प्रयोग
थॉमस यंग का दो झिल्लियों के साथ व्यावहारिक प्रयोग एक प्रदर्शन है कि प्रकाश और पदार्थ दोनों तरंगों और कणों की विशेषताओं को प्रदर्शित कर सकते हैं।
जंग का प्रयोग व्यावहारिक रूप से तरंग-कण द्वैत की प्रकृति को प्रदर्शित करता है, इस तथ्य के बावजूद कि यह पहली बार 19वीं शताब्दी की शुरुआत में द्वैतवाद के सिद्धांत के आगमन से पहले ही किया गया था।
प्रयोग का सार इस प्रकार है: एक प्रकाश स्रोत (उदाहरण के लिए, एक लेजर बीम) को एक प्लेट की ओर निर्देशित किया जाता है जहां दो समानांतर स्लॉट बनाए जाते हैं। झिरियों से गुजरने वाला प्रकाश प्लेट के पीछे के पर्दे पर परावर्तित होता है।
प्रकाश की तरंग प्रकृति के कारण प्रकाश तरंगें स्लिट्स से होकर गुजरती हैंमिश्रण, स्क्रीन पर प्रकाश और गहरे रंग की धारियाँ उत्पन्न करता है, जो तब नहीं होता जब प्रकाश शुद्ध रूप से कणों की तरह व्यवहार करता है। हालांकि, स्क्रीन प्रकाश को अवशोषित और प्रतिबिंबित करती है, और फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रकाश की कणिका प्रकृति का प्रमाण है।
पदार्थ का तरंग-कण द्वैत क्या है?
यह प्रश्न कि क्या पदार्थ प्रकाश के समान द्वैत में व्यवहार कर सकता है, डी ब्रोगली ने उठाया। उनके पास एक साहसिक परिकल्पना है कि, कुछ शर्तों के तहत और प्रयोग के आधार पर, न केवल फोटॉन, बल्कि इलेक्ट्रॉन भी तरंग-कण द्वैत प्रदर्शित कर सकते हैं। ब्रोगली ने 1924 में न केवल प्रकाश के फोटॉनों की, बल्कि मैक्रोपार्टिकल्स की भी प्रायिकता तरंगों के बारे में अपना विचार विकसित किया।
जब डेविसन-जर्मर प्रयोग और यंग के डबल-स्लिट प्रयोग (फोटॉन के बजाय इलेक्ट्रॉनों के साथ) को दोहराते हुए परिकल्पना सिद्ध हुई, डी ब्रोगली को नोबेल पुरस्कार (1929) मिला।
यह पता चला है कि सही परिस्थितियों में पदार्थ भी शास्त्रीय लहर की तरह व्यवहार कर सकता है। बेशक, बड़ी वस्तुएं इतनी छोटी तरंगें पैदा करती हैं कि उनका निरीक्षण करना व्यर्थ है, लेकिन छोटी वस्तुएं, जैसे कि परमाणु या अणु, एक ध्यान देने योग्य तरंग दैर्ध्य प्रदर्शित करते हैं, जो क्वांटम यांत्रिकी के लिए बहुत महत्वपूर्ण है, जो व्यावहारिक रूप से तरंग कार्यों पर निर्मित होता है।
तरंग-कण द्वैत का अर्थ
तरंग-कण द्वैत की अवधारणा का मुख्य अर्थ यह है कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण और पदार्थ के व्यवहार को एक अंतर समीकरण का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है,जो तरंग समारोह का प्रतिनिधित्व करता है। आमतौर पर यह श्रोडिंगर समीकरण है। तरंग कार्यों का उपयोग करके वास्तविकता का वर्णन करने की क्षमता क्वांटम यांत्रिकी के केंद्र में है।
तरंग-कण द्वैत क्या है, इस प्रश्न का सबसे सामान्य उत्तर यह है कि तरंग फलन एक निश्चित स्थान पर एक निश्चित कण के मिलने की प्रायिकता को दर्शाता है। दूसरे शब्दों में, एक कण के एक अनुमानित स्थान पर होने की संभावना इसे एक तरंग बनाती है, लेकिन इसकी भौतिक उपस्थिति और आकार नहीं है।
तरंग-कण द्वैत क्या है?
यद्यपि गणित अत्यंत जटिल तरीके से, अंतर समीकरणों के आधार पर सटीक भविष्यवाणियां करता है, क्वांटम भौतिकी के लिए इन समीकरणों के अर्थ को समझना और समझाना कहीं अधिक कठिन है। तरंग-कण द्वैत क्या है यह समझाने का प्रयास अभी भी क्वांटम भौतिकी में बहस के केंद्र में है।
तरंग-कण द्वैत का व्यावहारिक महत्व इस तथ्य में भी निहित है कि किसी भी भौतिक विज्ञानी को वास्तविकता को बहुत ही रोचक तरीके से समझना सीखना चाहिए, जब लगभग किसी भी वस्तु के बारे में सामान्य तरीके से सोचना अब पर्याप्त धारणा के लिए पर्याप्त नहीं है। वास्तविकता का।
