Номер 2, страница 271 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

2. Что понимается под словами корпускулярно-волновой дуализм?

Корпускулярно-волновой дуализм — это фундаментальный принцип квантовой механики, согласно которому любой микрообъект (например, фотон, электрон, протон) может проявлять как свойства частицы (корпускулы), так и свойства волны. Это означает, что для полного описания поведения квантовых объектов необходимо использовать как корпускулярные, так и волновые характеристики.

Исторически, природа света была предметом долгого спора. Корпускулярная теория, развитая Исааком Ньютоном, представляла свет как поток частиц. Волновая теория, предложенная Христианом Гюйгенсом, описывала свет как волну. В XIX веке эксперименты по интерференции и дифракции (например, опыт Юнга) убедительно доказали волновую природу света.

Однако в начале XX века были открыты явления, которые волновая теория объяснить не могла, но которые легко описывались с точки зрения частиц:

• Фотоэлектрический эффект: явление испускания электронов веществом под действием света. Альберт Эйнштейн в 1905 году объяснил его, предположив, что свет состоит из дискретных порций энергии — квантов, которые позже назвали фотонами. Энергия фотона $E$ связана с частотой света $ \nu $ формулой Планка: $E = h\nu$, где $h$ — постоянная Планка. Это было явным проявлением корпускулярных свойств света.
• Эффект Комптона: рассеяние рентгеновских лучей на свободных электронах, при котором длина волны излучения увеличивается. Это явление можно объяснить только рассматривая взаимодействие фотона и электрона как упругое столкновение двух частиц, обладающих энергией и импульсом.

Таким образом, свет в одних экспериментах (интерференция, дифракция) ведёт себя как волна, а в других (фотоэффект, эффект Комптона) — как поток частиц.

В 1923 году французский физик Луи де Бройль выдвинул смелую гипотезу о том, что корпускулярно-волновой дуализм является универсальным свойством всей материи, а не только света. Он предположил, что любая движущаяся частица с импульсом $p$ обладает волновыми свойствами, и ей можно сопоставить длину волны $ \lambda $, которую называют длиной волны де Бройля: $ \lambda = \frac{h}{p} = \frac{h}{mv} $ где $m$ — масса частицы, а $v$ — её скорость.

Эта гипотеза была блестяще подтверждена экспериментально в 1927 году в опытах Клинтона Дэвиссона и Лестера Джермера, а также независимо Джорджа Томсона, которые наблюдали дифракцию электронов на кристаллах никеля. Позже волновые свойства были обнаружены и у других частиц, включая протоны, нейтроны и даже целые атомы и молекулы.

Важно понимать, что объект не является одновременно и волной, и частицей в классическом смысле. Проявление тех или иных свойств зависит от условий эксперимента. Если установка предназначена для измерения волновых характеристик (например, длины волны через интерференцию), объект проявит себя как волна. Если же измеряются корпускулярные свойства (например, точное положение или импульс при столкновении), он проявит себя как частица. Этот аспект описывается принципом дополнительности, сформулированным Нильсом Бором.

Ответ: Корпускулярно-волновой дуализм — это фундаментальное свойство материи, заключающееся в том, что любые микрообъекты могут проявлять как свойства классических частиц (иметь определённый импульс, энергию, быть локализованными в пространстве), так и свойства классических волн (способность к интерференции и дифракции). Какие именно свойства проявятся — корпускулярные или волновые — зависит от постановки и условий конкретного эксперимента.