Электрон как частица и волна (?)

Сообщение №13905 от Vexum 20 октября 2002 г. 18:44
Тема: Электрон как частица и волна (?)

Всем привет, у меня вопрос.
Проявляет ли электрон одновременно свойства частицы и волны? Если да, то как это проявляется?
Спасибо.


Отклики на это сообщение:

> Всем привет, у меня вопрос.
> Проявляет ли электрон одновременно свойства частицы и волны? Если да, то как это проявляется?
> Спасибо.

Правильнее сказать, что электрон в одних условиях проведения опыта ведет себя как волна (например, при отражении от кристалла), а в других условиях - как частица (в процессе регистрации он проявляет себя как практически точечная частица). То есть в зависимости от постановки опыта электрон ИЛИ волна, ИЛИ частица, но не одновременно и то, и другое.


Спасибо, суть ясна. Если не сложно, расскажи чуть-чуть поподробней о любой ситуации, где он проявляет себя как волна.


> Спасибо, суть ясна. Если не сложно, расскажи чуть-чуть поподробней о любой ситуации, где он проявляет себя как волна.

Например, в классических опытах по дифракции. Пучок электронов с одинаковыми энергиями падает под каким-то углом на поверхность кристалла. Регистрация отразившихся от кристалла электронов показывает, что под одними углами отражения число отраженных электронов велико, под другими - мало. Это можно объяснить только интерференцией волн, отраженных от параллельных плоскостей кристалла. При этом принципиально нельзя указать конкретный атом кристалла, на котором произошло рассеяние - оно произошло на большом количестве атомов сразу. Если же при падении электрона на кристалл хоть один атом кристалла изменил свое состояние (перешел на возбужденный уровень или оказался ионизованным), то никакой интерференционной картины не будет.


>> Если же при падении электрона на кристалл хоть один атом кристалла изменил свое состояние (перешел на возбужденный уровень или оказался ионизованным), то никакой интерференционной картины не будет.

Ух ты какая неожиданность
Неужто правда? Никакой интерференционной картины?
Как наука то вперед ушла (или электроны теперь другие :)


> >> Если же при падении электрона на кристалл хоть один атом кристалла изменил свое состояние (перешел на возбужденный уровень или оказался ионизованным), то никакой интерференционной картины не будет.

> Ух ты какая неожиданность
> Неужто правда? Никакой интерференционной картины?
> Как наука то вперед ушла (или электроны теперь другие :)

Это вопрос или утверждение?


> > >> Если же при падении электрона на кристалл хоть один атом кристалла изменил свое состояние (перешел на возбужденный уровень или оказался ионизованным), то никакой интерференционной картины не будет.

Двадцать лет назад наблюдая дифракционную картинку в
электронном микроскопе на монокристаллических образцах
(Лаба даже такая была - может и ест ьна втором курсе МФТИ)
Никоим образом не заботился о сохранности состояний атомов
(и их неионизации)
Страшно сказать - при комнатной температуре явление наблюдалось
Отсутствия картинки добиться не удалось :)


>> Если же при падении электрона на кристалл

Я таки полагаю что не про один электрон речь идет


> Спасибо, суть ясна. Если не сложно, расскажи чуть-чуть поподробней о любой ситуации, где он проявляет себя как волна.

Как волна себя не проявляет


> > > >> Если же при падении электрона на кристалл хоть один атом кристалла изменил свое состояние (перешел на возбужденный уровень или оказался ионизованным), то никакой интерференционной картины не будет.

> Двадцать лет назад наблюдая дифракционную картинку в
> электронном микроскопе на монокристаллических образцах
> (Лаба даже такая была - может и ест ьна втором курсе МФТИ)
> Никоим образом не заботился о сохранности состояний атомов
> (и их неионизации)
> Страшно сказать - при комнатной температуре явление наблюдалось
> Отсутствия картинки добиться не удалось :)

Разумеется. Интерференционные пики дают только те электроны, точка рассеяния которых принципиально не может быть обнаружена (или принципиально не может быть установлен атом, на котором произошло рассеяние). Их достаточно много и они то и дают четкую интерференционную картину.
Если вы хотели добиться отсутствия интерференционной картинки, то вам следовало бы действовать так: найти угловое распределение рассеянных электронов на совпадениях с ионизацией или возбуждением того или иного атома кристаллической решетки. Интерференционная картинка исчезла бы. При этом, естественно, предполагается, что других источников ионизации атомов нет или они малы, то есть можно уверенно выделить истинные совпадения на фоне случайных.


> >> Если же при падении электрона на кристалл

> Я таки полагаю что не про один электрон речь идет

Не очень понял, что вы имеете в виду. Если вы считаете, что интерференционная картина получается из-за интерференции электронов друг с другом, то это неверно. Электрон интерферирует сам с собой.


> > Я таки полагаю что не про один электрон речь идет

> Не очень понял, что вы имеете в виду.

Я имею ввиду что для получения интерференционной картинки
надо электронов более одной штуки

>> Если вы считаете, что интерференционная картина получается из-за интерференции электронов друг с другом, то это неверно.

Я так не полагаю

>> Электрон интерферирует сам с собой.

Вы опыт подскажите в котором это можно пронаблюдать
Как ОДИН электрон интерферирует сам с собой :)


> Разумеется. Интерференционные пики дают только те электроны, точка рассеяния которых принципиально не может быть обнаружена (или принципиально не может быть установлен атом, на котором произошло рассеяние).

Слово принципиально требует пояснения - огласите принцип


> Их достаточно много и они то и дают четкую интерференционную картину.

А остальные куда делись

> Если вы хотели добиться отсутствия интерференционной картинки, то вам следовало бы действовать так: найти угловое распределение рассеянных электронов на совпадениях с ионизацией или возбуждением того или иного атома кристаллической решетки.

1) Среди кристаллов были и ионнные кристаллы
2) Что такое угловое распределение на совпадениях или возбуждении
3) В кристалле была просто куча возбужденных атомов

>> Интерференционная картинка исчезла бы.

Прошу ссылку на экспериментальную работу кого либо когда либо
наблюдавшего это исчезновение

>> При этом, естественно, предполагается, что других источников ионизации атомов нет или они малы, то есть можно уверенно выделить истинные совпадения на фоне случайных.

Истинные это какие


> > Разумеется. Интерференционные пики дают только те электроны, точка рассеяния которых принципиально не может быть обнаружена (или принципиально не может быть установлен атом, на котором произошло рассеяние).

> Слово принципиально требует пояснения - огласите принцип

Это значит, что никаким мыслимым способом нельзя обнаружить атом, на котором рассеялся электрон - все атомы остались в прежних квантовых состояниях. Именно поэтому и говорят о коллективном эффекте - электрон рассеялся на большой группе атомов.


>
> > Их достаточно много и они то и дают четкую интерференционную картину.

> А остальные куда делись

Часть электронов либо возбудила, либо ионизовала атом решетки и в формировании интерференционной картины не участвовала (равномерный фон).

> > Если вы хотели добиться отсутствия интерференционной картинки, то вам следовало бы действовать так: найти угловое распределение рассеянных электронов на совпадениях с ионизацией или возбуждением того или иного атома кристаллической решетки.

> 1) Среди кристаллов были и ионнные кристаллы
> 2) Что такое угловое распределение на совпадениях или возбуждении
> 3) В кристалле была просто куча возбужденных атомов

Тип кристалла непринципиален. Повторяю: интерференционная картина возникает при взаимодействии с большим количеством атомов. Если можно хоть каким-то образом узнать, что электрон рассеялся именно на этом атоме, то значит остальные ни при чем и интерференционной картины не будет.
Совпадения. Стандартный метод, когда одновременно (с точностью, скажем, десяток наносекунд) регистрируется вылет электрона из атома, на котором произошло рассеяние, и регистрация самого электрона из пучка.

> >> Интерференционная картинка исчезла бы.

> Прошу ссылку на экспериментальную работу кого либо когда либо
> наблюдавшего это исчезновение

Прямо таких опытов сейчас вспомнить не могу. Вспомню - сообщу.

> >> При этом, естественно, предполагается, что других источников ионизации атомов нет или они малы, то есть можно уверенно выделить истинные совпадения на фоне случайных.

> Истинные это какие

См. выше. Совпадение может быть и случайным. Например, атом ионизован космическим излучением практически в тот же момент, когда происходило рассеяния на кристалле пучкового электрона.


> > > > >> Если же при падении электрона на кристалл хоть один атом кристалла изменил свое состояние (перешел на возбужденный уровень или оказался ионизованным), то никакой интерференционной картины не будет.

> > Двадцать лет назад наблюдая дифракционную картинку в
> > электронном микроскопе на монокристаллических образцах
> > (Лаба даже такая была - может и ест ьна втором курсе МФТИ)
> > Никоим образом не заботился о сохранности состояний атомов
> > (и их неионизации)
> > Страшно сказать - при комнатной температуре явление наблюдалось
> > Отсутствия картинки добиться не удалось :)

> Разумеется. Интерференционные пики дают только те электроны, точка рассеяния которых принципиально не может быть обнаружена (или принципиально не может быть установлен атом, на котором произошло рассеяние). Их достаточно много и они то и дают четкую интерференционную картину.
> Если вы хотели добиться отсутствия интерференционной картинки, то вам следовало бы действовать так: найти угловое распределение рассеянных электронов на совпадениях с ионизацией или возбуждением того или иного атома кристаллической решетки. Интерференционная картинка исчезла бы. При этом, естественно, предполагается, что других источников ионизации атомов нет или они малы, то есть можно уверенно выделить истинные совпадения на фоне случайных.

- Проблема не в элементарных частицах (электрон - волна или корпускула?), проблема в физиках. То частица, то волна - это чистый софизм, лишеный здравого смысла, но исторически получилось так, что все верят в это.
Логическое решение единственное: элементарные частицы ( и весь материальный мир) это, различной сложности, волновые солитоны. Частиц - корпускул без волновой природы нет, есть уединенные волновые объекты-солитоны. Волновые свойства проявляются при взаимодействии с другими объектами размер, которых, соизмерим с длиной волны в солитоне. Природа создала частицу-электрон имеющую определенный, конкретный внутренний механизм. Двойственная природа у конкретного механизма невозможна (мне так кажется) или возможна и есть другое логическое решение этой проблемы?


> Это значит, что никаким мыслимым способом нельзя обнаружить атом, на котором рассеялся электрон - все атомы остались в прежних квантовых состояниях. Именно поэтому и говорят о коллективном эффекте - электрон рассеялся на большой группе атомов.

Под большой группой атомов понимается видимо кристаллическая решетка :)

> > > Если вы хотели добиться отсутствия интерференционной картинки, то вам следовало бы действовать так: найти угловое распределение рассеянных электронов на совпадениях с ионизацией или возбуждением того или иного атома кристаллической решетки.

> > 1) Среди кристаллов были и ионнные кристаллы
> > 2) Что такое угловое распределение на совпадениях или возбуждении
> > 3) В кристалле была просто куча возбужденных атомов

> Тип кристалла непринципиален.

Тогда при чем тут ионизация (или под этим термином что нибудь другое
понимается)

> Повторяю: интерференционная картина возникает при взаимодействии с большим количеством атомов.

Обращаю внимание я про количество электронов говорю :)

>> Если можно хоть каким-то образом узнать, что электрон рассеялся именно на этом атоме, то значит остальные ни при чем и интерференционной картины не будет.

Почему?

> Совпадения. Стандартный метод,

Слово стандартный обычно употребляют применительно к общеизвестным экспериментальным методикам

>> когда одновременно (с точностью, скажем, десяток наносекунд) регистрируется вылет электрона из атома, на котором произошло рассеяние, и регистрация самого электрона из пучка.

Не прошу описывать - дайте ссылку на статью где она изложена :)


> > >> Интерференционная картинка исчезла бы.

Давайте ка еще разок
Берем кристалл натрий хлор
запихиваем в электронный микроскоп и пытаемся достичь исчезновения картинки
Как нам это сделать конкретно
Задача два - тоже самое проделываем не с монокристаллом а с порошком :)
Опишите последовательность действий и необходимое оборудование

> Прямо таких опытов сейчас вспомнить не могу. Вспомню - сообщу.

Буду ждать - очень интересно

> См. выше. Совпадение может быть и случайным. Например, атом ионизован космическим излучением практически в тот же момент, когда происходило рассеяния на кристалле пучкового электрона.

Ну допустим мы закопаемся на 1км под слой свинца так что
отдельных частиц будем ждать долго :)


> - Проблема не в элементарных частицах (электрон - волна или корпускула?), проблема в физиках. То частица, то волна - это чистый софизм, лишеный здравого смысла, но исторически получилось так, что все верят в это.

В аппарате физики в прошлом веке небыло такого метода - верить :)

> Логическое решение единственное: элементарные частицы ( и весь материальный мир) это, различной сложности, волновые солитоны.

Сразу вопросы
1) Солитоны бывают неволновые?
2) Волна чего?
3) А это чего из чего сделано
Что такое солитон не спрашиваю - полагаю что с прошлого века это понятие не изменилось :))


>> Волновые свойства проявляются при взаимодействии с другими объектами размер, которых, соизмерим с длиной волны в солитоне.

Длина волны в солитоне это что (это его длина?)

>> Природа создала частицу-электрон имеющую определенный, конкретный внутренний механизм.

Вот тут опять же - из каких экспериментов следует наличие внутренней
структуры у электрона - ссылку пожалуйста

>> Двойственная природа у конкретного механизма невозможна (мне так кажется) или возможна и есть другое логическое решение этой проблемы?

Я предлагаю вспомнить волны чего являются решением уравнения Шредингера :)))


Кстати Рыбак
а вас не Константином зовут?


> > > Я таки полагаю что не про один электрон речь идет

> > Не очень понял, что вы имеете в виду.

> Я имею ввиду что для получения интерференционной картинки
> надо электронов более одной штуки

> >> Если вы считаете, что интерференционная картина получается из-за интерференции электронов друг с другом, то это неверно.

> Я так не полагаю

> >> Электрон интерферирует сам с собой.

> Вы опыт подскажите в котором это можно пронаблюдать
> Как ОДИН электрон интерферирует сам с собой :)

Обычный опыт типа Дэвиссона-Джермера, но с пучком настолько низкой интенсивности, что интерференция между РАЗНЫМИ электрона невозможна.
Найдите в любом учебнике описание опыта Бибермана-Сушкина_-Фабриканта.



Давайте попробуем на старом, неоднократно рассматривавшемся примере, выяснить самое главное. А детали - потом.
Будем говорить о фотонах - это ничего не меняет в сути обсуждаемой проблемы.
Проводим обычный интерференционный опыт Юнга. Плоская световая волна падает на две параллельные щели. На экране за щелями наблюдается интерференционная картина. Чтобы описать чередование максимумов и минимумов мы складваем АМПЛИТУДЫ волн, прошедших через первую и вторую щели. Если же мы примем меры, чтобы определить, через какую именно из щелей прошла волна (фотон), то интерференционная картина исчезнет - вместо нее на экране будет сумма ИНТЕНСИВНОСТЕЙ от каждой из щелей. Опыты такого типа подробно рассматривал Р.Фейнман (в "Лекциях", в "Характере физических законов" и, кажется, "Интегралах по траекториям").
Так вот с электронами то же самое. Как только вы узнаете конкретную траекторию электрона (по атому, который перешел в возбужденное состояние или ионизован), то вы лишаетесь возможности складывать АМПЛИТУДЫ дебройлевских волн от разных рассеивателей.



Дополнение. Нашел точную ссылку.
Р.Фейнман "Характер физических законов", "Мир", М.1968.(есть и в серии "Квант").
На стр. 153 и далее подробно рассмотрен вопрос об исчезновении интерференционной картины электронов, когда подсветка по рассеянию фотонов на электронах позволяет установить, через какую именно щель прошел электрон.
Но лучше прочесть всю лекцию 6 в этой книжке.


Мне понравилось обсуждение, много интересных мнений.
То, что мне нужно, я услышал. Благодарю всех за ответы.
Продолжайте идти к истине!

vexum(at)bk.ru


> Давайте попробуем на старом, неоднократно рассматривавшемся примере, выяснить самое главное. А детали - потом.
> Будем говорить о фотонах - это ничего не меняет в сути обсуждаемой проблемы.

Радикально меняет - амплитуда вероятности сильно отличается от ЭМ поля
по сути

>> Опыты такого типа подробно рассматривал Р.Фейнман (в "Лекциях", в "Характере физических законов" и, кажется, "Интегралах по траекториям").

Ну не эти там опыты

> Так вот с электронами то же самое. Как только вы узнаете конкретную траекторию электрона (по атому, который перешел в возбужденное состояние или ионизован), то вы лишаетесь возможности складывать АМПЛИТУДЫ дебройлевских волн от разных рассеивателей.

Вы посмотрите свой первоначальный постинг -
"Если же при падении электрона на кристалл хоть один атом кристалла изменил свое состояние (перешел на возбужденный уровень или оказался ионизованным), то никакой интерференционной картины не будет."

Вы разницы не видите?



> > Давайте попробуем на старом, неоднократно рассматривавшемся примере, выяснить самое главное. А детали - потом.
> > Будем говорить о фотонах - это ничего не меняет в сути обсуждаемой проблемы.

> Радикально меняет - амплитуда вероятности сильно отличается от ЭМ поля
> по сути

Не меняет, поскольку суть утверждения: если есть свидетель, то нет интерференционной картины. Это справедливо как для интерференционных явлений, наблюдаемых, например, ср светом, так и для интерфернции квантовомеханических амплитуд.


> >> Опыты такого типа подробно рассматривал Р.Фейнман (в "Лекциях", в "Характере физических законов" и, кажется, "Интегралах по траекториям").

> Ну не эти там опыты

Ну уж, не знаю, что вы смотрели. Я вчера дал в дополнении точную ссылку.

> > Так вот с электронами то же самое. Как только вы узнаете конкретную траекторию электрона (по атому, который перешел в возбужденное состояние или ионизован), то вы лишаетесь возможности складывать АМПЛИТУДЫ дебройлевских волн от разных рассеивателей.

> Вы посмотрите свой первоначальный постинг -
> "Если же при падении электрона на кристалл хоть один атом кристалла изменил свое состояние (перешел на возбужденный уровень или оказался ионизованным), то никакой интерференционной картины не будет."

> Вы разницы не видите?

Принимаю замечание. Мысль была верной, но сформулирована наспех, коряво и неточно. Из дальнейшей дискуссии должно быть совершенно ясно, что имелось в виду. А именно: если отобрать только те случаи рассеяния, когда в принципе можно установить, на каком атоме рассеялся электрон (есть свидетель), то никакой интерференционной картины не будет. Интерференционная картина возможна лишь при отсутствии свидетелей.


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100