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Dualité onde/particule des électrons C'est une chose populaire que les cinéastes exploitent tout le temps. Mais comment ça marche, et pourquoi est-ce important ? Je ne sais pas quelle est la différence avec les électrons en orbite elliptique. Expliquez comme si j'avais cinq ans.
gpt
Dans votre vie de tous les jours, vous faites face à des choses qui sont ~~quantifiées~~ quantifiées et à d'autres qui sont continues. Par exemple , vous pourriez avoir 12 billes , mais vous ne pouvez pas vraiment avoir 12,5 billes -- vous n'auriez que 12 billes et du verre brisé . En revanche , vous pouvez avoir 1 tasse d' eau , ou 1,5 tasse , ou 1 litre et 3/4 , ou ce que vous avez -- n'importe laquelle de ces choses est raisonnable . Lorsque nous (en tant qu'espèce) avons commencé à découvrir la nature de la matière et avons rencontré des électrons, ils ont d'abord été trouvés sous forme de boules de charge individuelles discrètes avec une petite masse. Nous avons découvert que vous pouvez avoir 1 électron ou 2 électrons, mais pas 1,5 électron - cela n'a tout simplement pas de sens de parler de fractions d'électrons ; ils n'existent pas. En ce sens, nous avons commencé à imaginer les électrons comme de petites particules minuscules. Ceci est souligné dans les descriptions populaires de l'atome, souvent basées sur le modèle de Bohr - c'est le modèle qui ressemble à une planète (noyau) avec des lunes (électrons) en orbite autour d'elle. Ce modèle fonctionne plutôt bien et fait de nombreuses prédictions précises sur le comportement des atomes, en particulier en ce qui concerne la chimie. Cependant, en approfondissant nos recherches, nous avons réalisé que les électrons se comportent comme une onde. Un exemple de ceci est la célèbre expérience de la double fente - si vous envoyez une onde vers un mur avec deux petits trous alors vous obtenez un certain modèle d'interférence. [ Ici ] ( URL_1 ) est une vidéo du MIT qui montre le modèle que vous obtenez de cette expérience utilisant de l'eau , dont nous savons qu'elle permet les vagues ( elle commence par des fentes simples et passe à une interférence à double fente plus tard dans la vidéo ) . Lorsque nous avons tiré un flux d'électrons sur une paire de fentes, nous avons obtenu un résultat étrange. Plutôt que l' absence d' interférence attendue que subissent les particules ( imaginez que vous lancez une balle de tennis à travers un trou dans la clôture -- sa trajectoire est inchangée ) , les électrons se sont en fait déviés et ont donné un schéma d'interférence qui suggère qu'ils se déplacent réellement comme une * onde * . L'expérience a montré que les électrons interféraient les uns avec les autres. Comme si cela n'explosait pas suffisamment le cerveau , ils ont ensuite répété l' expérience en ne tirant qu'un seul électron à la fois et ont trouvé le même schéma -- l' électron voyage à travers * les deux * fentes , interfère avec lui - même , puis impacte finalement le surface sur laquelle le motif d'interférence est observé. Pour une particule une telle description est risible, mais pour une onde la description est attendue. Revenant à la structure de l'atome, j'ai mentionné le modèle de Bohr plus tôt mais ce modèle est finalement inexact. Un modèle plus correct est le modèle du nuage d'électrons - il a le noyau au milieu et les électrons "étalés" dans l'espace qui l'entoure. La forme de la zone à travers laquelle l'électron se propage est déterminée par l'endroit où l'électron peut exister en tant qu'onde stationnaire ([vidéo] (URL_0) démontrant les ondes stationnaires sur un slinkey). Cette résonance est une caractéristique d'une onde, pas d'une particule. La plupart des modèles physiques modernes d'un électron le traitent comme une onde, mais c'est une onde spéciale qui est strictement dénombrable/quantifiable. Il s'avère que la même chose est vraie pour beaucoup d'autres choses. Par exemple, la lumière se propage sous forme d'ondes dans le champ électrique et magnétique, mais la lumière peut être strictement comptée comme un nombre de photons ; la lumière présente également des motifs d'interférence dans un motif à double fente (même en utilisant seulement 1 photon à la fois). En fait, *tout* peut être traité comme une onde dans les bonnes circonstances (je crois que c'est Louis de Broglie qui a eu cette idée, ainsi que la nature ondulatoire des électrons) ; cependant, la plupart des objets de tous les jours sont beaucoup trop massifs pour présenter des propriétés ondulatoires notables.