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Dualité onde-particule Je trouve que la dualité onde-particule est incroyablement intéressante, en particulier le fait que l'acte d'observation modifie réellement le comportement de la lumière. Je trouve que c'est totalement époustouflant (et je sais que la science ne peut pas encore l'expliquer) Expliquez comme si j'avais cinq ans.
gpt
Soupir ... J'ai eu un bon post en cours et ma maquette s'est écrasée, vous avez une autre explication à venir, j'ai juste besoin de condenser ce que j'ai écrit précédemment. Pour moi, il est plus facile de comprendre cela si vous connaissez l'histoire des découvertes, et pas seulement les idées abstraites. C'est parti… Jusqu'au début du 20e siècle, l'énergie était considérée comme ondulatoire. Les équations des vagues étaient bien établies et tout le monde en était content. Puis Max Planck arrive. Max travaille sur le problème du rayonnement du corps noir. Un corps noir dans ce cas est un objet théorique qui est 100% noir. Nous savons maintenant que le noir absorbe plus la lumière que le blanc. Le port d'une chemise noire par une chaude journée vous le dira. Donc ce corps noir absorbe 100% de la lumière dirigée vers lui. Si nous prenons l'exemple du métal, vous pouvez voir que lorsque nous le chauffons, il commence à émettre de la couleur. La couleur n'est qu'une perception de la force d'une vague. Le rouge a la plus faible quantité d'énergie et le bleu est la plus élevée. Au fur et à mesure que le corps noir continue d'absorber de l'énergie, il émet une lumière rouge et continue vers le bleu à mesure qu'il gagne plus d'énergie. Selon la théorie des ondes, cela devrait continuer dans le spectre électromagnétique et le corps noir devrait commencer à émettre de la lumière UV et ainsi de suite. Mais les expériences ne correspondaient pas à la théorie. Planck tentait de décrire les résultats de l'expérience lorsqu'il décida d'adopter une nouvelle ligne de conduite. Maintenant, il travaillait là-dessus depuis longtemps et était un partisan inconditionnel de la vague. Dans un effort presque désespéré pour résoudre ce problème, il imagina qu'au lieu d'ondes, l'énergie libérée par le corps noir était composée d'unités individuelles d'énergie, ou quanta. Quand il a tenté de résoudre le problème de cette façon, cela a fonctionné. C'est le début de la physique quantique, ou physique des quanta. C'est dire à quel point cette idée était révolutionnaire. A partir de maintenant je dirai particule au lieu de quanta. Planck a remporté le prix Nobel pour cette découverte. Or, Planck ne croyait pas vraiment que l'énergie était sous forme de particules. Il pensait que c'était juste une astuce mathématique pour résoudre le problème et que cela ne reflétait pas réellement la réalité. Le truc, c'est qu'il n'a pas réfuté les vagues avec cette théorie. Les équations d'onde fonctionnaient encore dans de nombreuses applications et c'était un problème. Comment cela pourrait-il être les deux ? Quelques années passent et un gars nommé Albert Einstein arrive. Il découvre ce que nous appelons l'effet photoélectrique. Einstein cherchait à savoir ce qui se passe lorsque la lumière interagit avec un métal. On savait que la lumière brillante sur les objets pouvait provoquer l'émission d'électrons à partir de l'objet, mais il y avait un gros problème. Lorsque vous augmentiez l'intensité de la lumière, la théorie des ondes prédisait que davantage d'électrons seraient chassés du matériau. Quand je dis intensité, je veux dire le montant global. La lumière est restée la même, disons qu'elle était rouge, mais il y avait juste plus de lumière rouge. Disons donc que vous faites briller une lumière rouge sur la surface et qu'aucun électron n'est expulsé du matériau. L'idée était que faire briller plus de lumière rouge finirait par expulser certains électrons. Cela n'a pas fonctionné, peu importe la quantité de lumière rouge utilisée. Si la lumière interagissait sous forme d'ondes, l'intensité supplémentaire aurait dû produire des interférences constructives à certains endroits, ainsi que destructrices. Ainsi, certaines zones du matériau recevraient peu d'énergie parce que cette zone se trouvait là où des interférences destructrices se produisaient. L'énergie serait annulée, mais à l'autre extrémité, il devrait y avoir des points où l'énergie a augmenté en raison de la combinaison des vagues. C'est pourquoi ils pensaient que l'augmentation du nombre d'ondes produirait des zones frappées par des énergies plus élevées, mais cela ne s'est pas produit. Einstein a compris que c'était la taille de la longueur d'onde qui importait, pas la quantité utilisée. La lumière rouge n'était pas assez forte pour expulser les électrons. Cela a du sens quand on pense aux particules individuelles ou aux photons. C'est comme si j'avais des balles en papier. Je peux en tirer un million sur toi et ça ne pénétrera toujours pas ta peau . Quand Einstein a augmenté la longueur d'onde, ou l'énergie de l'onde, il a découvert que des électrons ont commencé à apparaître. Son explication revenait aux particules que Planck avait utilisées pour résoudre son problème de corps noir. Si au lieu d'ondes, la lumière était composée de particules, alors chaque unité, ou photon, ne pourrait avoir qu'une quantité d'énergie limitée. Peu importe combien de photons vous avez émis, ils auraient tous la même quantité d'énergie parce que leur longueur d'onde était la même. Si les photons n'avaient pas assez d'énergie, alors pas un seul d'entre eux n'était capable d'expulser l'électron. En augmentant la longueur d'onde, les électrons ont été expulsés du matériau car les photons ont frappé les atomes avec suffisamment d'énergie pour déloger l'électron. Einstein a remporté le prix Nobel pour cela. Ok, alors maintenant tout le monde panique vraiment. Nous avons maintenant une expérience qui démontre directement l'idée de quanta ou de particule. Les scientifiques ont commencé à remettre en question les précédentes équations ondulatoires et électromagnétiques, à savoir les équations de Maxwell. Maxwell a fondamentalement unifié l'électricité et le magnétisme, c'était une tâche énorme et il a également remporté un prix Nobel. La raison pour laquelle ils ont reçu l'attention initiale était qu'ils étaient assez nouveaux, mais les tests ont confirmé qu'ils étaient en fait corrects. Vient ensuite un homme du nom de Louis de Broglie ( de - broy ) . C'était un riche français qui a décidé de construire ses propres laboratoires et d'étudier. Au cours de ses recherches sur les travaux d'Einstein, il est devenu convaincu que la lumière était littéralement à la fois une onde et une particule. Les gens autour de lui n'étaient pas contents de cela et cela lui a presque coûté son doctorat. Si Einstein n'était pas venu à Paris pour dire « hé, c'est une idée plutôt cool, il pourrait avoir quelque chose ici. » qui sait ce qui serait arrivé à de Broglie. ( À suivre avec la Double Fente et comment de Broglie a contribué à l' expliquer . S'il y a quelque chose que je n'ai pas précisé ci - dessus , faites le moi savoir et j'essaierai de l' expliquer d' une manière différente . ) EDIT : Je continue à avoir l' impression que je besoin de tirer certaines de ces explications. Je suis sur le point de brancher mon Wacom et d'essayer de condenser cela en quelques chiffres. Je ne saurais trop insister sur la simplicité de principe de certaines de ces expériences. Une partie de la difficulté initiale était à quel point certains de ces concepts étaient contre-intuitifs au moment de leurs découvertes (et encore aujourd'hui mais plus alors) Je pense que cela a plus de sens quand vous pouvez voir exactement ce que je veux dire par rayonnement du corps noir et effet photoélectrique. Encore une fois, je parle de l'histoire parce qu'elle permet de comprendre pourquoi elle ressemble à une particule ou pourquoi elle ressemble à une onde.