Корпускулянро-хвильовий дуалізм і ядро

8. Застосування  корпускулярно-хвильового дуалізму

   У науці та техніці широко використовуються як корпускулярно-хвильові властивості мікрочастинок так і електронів. 
   Фотоефект знайшов широке застосування в телебаченні, на виробництві для рахунку деталей, їх сортування. У промисловій автоматиці останнім часом широко стали використовувати фотоелементи, головне завдання яких у перетворенні падаючого на них випромінювання в електричний струм. Фотоелементи використовують як елементи живлення побутової техніки, космічних апаратів (супутників). 
   Дифракція електронів широко використовується для дослідження будови речовини. Незважаючи на те, що діапазон довжин хвиль електронів той же, що і для рентгенівських променів, електронна дифракція дозволяє вирішувати задачі, що істотно відмінні від тих, які доступні рентгеноструктурному аналізу. Це має місце за таких причин:

• рентгенівські промені розсіюються електронною оболонкою атома і практично не розсіюються атомними ядрами. Наочне класичне пояснення полягає в тому, що ядра атомів, в силу більшої маси, практично не відчувають прискорення в електромагнітному полі фотона і, отже, не випускають розсіяних хвиль, як електрони. Електрони ж взаємодіють завдяки електромагнітним силам не тільки з електронами атома, але і з ядром. Розрахунок показує, що інтенсивність розсіювання електронами пропорційна їх числа в атомі, тобто Z, а інтенсивність розсіювання ядром заряду Ze пропорційна Z ^2.Таким чином, основна частка електронів розсіюється атомним ядром. Те, що інтенсивність розсіювання ядром пропорційна Z ^2, дозволяє розрізняти атоми навіть з близькими Z. Крім того, рентгеноструктурний аналіз не дозволяє виявляти положення атома водню в молекулі або кристалі, тому що єдиний електрон атома водню при цьому "усуспільнюється", входячи до складу загальної електронної оболонки, а протон практично не розсіює рентгенівських променів. Електронографічний аналіз дозволяє знаходити положення протонів.
• рентгенівські промені розсіюються в речовині дуже слабо. Для отримання рентгенограми необхідна досить велика товща речовини і експозиція протягом багатьох годин.Електрони взаємодіють з речовиною, завдяки наявності заряду, дуже сильно і дозволяють отримувати прекрасні електронограмма від найтонших плівок товщиною, наприклад, у 20 - 30 А. Знімок виходить при експозиції в кілька секунд. Дифракція електронів дозволяє дослідити, наприклад, зміна структури найтоншого поверхневого шару металів при їх поліровці, що абсолютно неможливо зробити методами рентгеноструктурного аналізу, хоч і представляє величезний інтерес для прикладних цілей, так як саме структура поверхневих шарів металу визначає стійкість деталі на знос.

   Формула де Бройля застосовна до будь-яких частинок, і простим і складним. Однак дифракційні явища, отже, хвильові властивості частинок, можна помітити далеко не завжди. Це відбуваються в силу того, що довжина хвилі де Бройля обернено пропорційна масі частинок. 
   Якщо для електрона з енергією в 1 еВ виходить порівняно дуже велика величина λ = 12,3 А, то для протона тієї ж енергії вона становить уже λ = 0,28 А, а для молекули кисню при кімнатній температурі λ = 0,14 А. Крім малості довжини хвилі, дослідження дифракції атомів і молекул важко тим, що атоми і молекули нездатні проникати в товщу кристала і тому можуть дати лише дифракцію від поверхонь решітки кристала. Важко також отримати досить монохроматичне атомний або молекулярний пучок. В даний час проводять дослідження структури речовини за допомогою дифракції нейтронів - "нейтронографії". Дифракція нейтронів дозволяє дослідити впорядковані структури сплавів типу F есо, FeMn, у яких близькість атомних номерів не дозволяє розрізняти методами дифракції рентгенівських променів або електронів атоми різних типів. Нейтрони розсіюються ядрами цих атомів різна, і встановити їх взаємне розташування виявилося можливим методом нейтронографії. Цікаво, що встановити структуру кристала льоду - визначити розташування у ньому атомів кисню і водню - вдалося лише методом нейтронографії. 
   Що стосується макроскопічних частинок матерії, то їх дифракцію спостерігати неможливо. Наприклад, для пилинки масою 10 ^-12 грам хвиля де Бройля має величину порядку 10 ^-17 м. 
   При такій довжині хвилі неможливо реалізувати умови, за допомогою яких можна було б спостерігати дифракцію, тобто макроскопічні частинки проявляють явно тільки одну сторону своєї природи - корпускулярну. 
   Таким чином, нова теорія, що трактує матеріальні частинки як об'єкти двоїстої корпускулярно-хвильової природи, не відкидає старих корпускулярних уявлень про макроскопічних частинках матерії, але, обгрунтовуючи ці уявлення з нової точки зору, одночасно дає і межі їх застосування в нових умовах.

9. Висновки

   Корпускулярно - хвильовий дуалізм, а також досліди по дифракції електронів і протонів показали, що мікрочастинки володіють хвильовими властивостями і не є матеріальними частками в класичному розумінні цього слова. Це призвело до подальшого розвитку квантової механіки, яка для мікрочастинок ввела поняття д і локалізації і хвильової функції. Принцип невизначеності Гейзенберга показав неможливість одночасного перебування двох параметрів для мікрочастинок. Електрон, як і фотон не може мати одночасно певну координату і імпульс. 
   Корпускулярно - хвильовий дуалізм виступив тією основою, на якій була побудована майже вся сучасна фізика, квантова механіка, фізика мікрочастинок, астрономія. На основі цього принципу працюють сучасні наукові та побутові прилади, інструменти, як приклад можна навести різноманітні фотоелементи які можна зустріти як в науковій апаратурі, так і в побуті. Дослідження речовини не було б можливо без електронного мікроскопа і електронографічних методів. 
   Але, звичайно, не в цих численних прикладних застосуваннях корпускулярно - хвильового дуалізму його основна цінність. Виняткова роль даної теорії визначається тим, що вона виступає фундаментом всього природознавства. Рівень цієї науки визначає на сьогодні рівень розуміння всього оточуючого нас світу, визначає рівень інтелектуальної зрілості людства. Без цієї теорії і побудованих на ній висновків неможливо зрозуміти минуле нашого світу, неможливо зрозуміти основні процеси, що у ньому. Неможливо прогнозувати майбутнє. 
   Історія фізики вчить, що кожен новий успішний крок на шляху пізнання фундаментальних закономірностей природи неминуче призводив до величезних (і майже завжди досить несподіваним) змін в техніці і радикальним чином позначався на житті всього людства. Досить згадати про ті плоди, які принесли людям такі абстрактні теорії, як електродинаміка, теорія відносності. Тому й квантова електроніка, заснована на корпускулярно-хвильовому дуалізмі принесе чимало змін у наш світ. 

10. Список використаної літератури:

1. «Фізика» підручник для студентів природничих факультетів університетів і педагогічних інститутів.
2. http://old.lp.edu.ua/fileadmin/IPMFN/KF/optyka/IV_-FIZIKA_ATOMIV_I_MOLEKUL.doc
3. Стаття Андрія Дробіна у «Наукових записках» - «Методика вивчення корпускулярно-хвильового дуалізму матерії у шкільному курсі фізики»
4. Дущенко В. П., Кучерук І. М. Загальна фізика. - К.: Вища школа, 1995. - 430 с
5. Савельєв І.В. Курс загальної фізики. У 3 Т., Електрика і магнетизм. - М.: Наука, 2003. - Т.3. - 387 с.
6. Окунь Л. Б. « Введення у фізику елементарних частинок». Бібліотечка «Квант». № 45. - М.: Наука, 1990, 112 с.
7. Блохинцев Д. И. Основы квантовой механики.
8. Білий М. У., Охріменко Б. А. Атомна фізика. — К.: Знання, 2009. — 559 с
9. Юхновський І. Р. Основи квантової механіки. — К.: Либідь, 2002. — 392 с.
10. Кухлінг Х. Довідник з фізики: Пер. з нім. - М.: Світ, 1983. - 520 с.