بر اساس رابطه دوبروي به ذرات مادي هم مشخصههاي موجي و هم مشخصههاي ذرهاي نسبت داده ميشود و اين انتساب نوعي دوگانگي بوجود ميآورد كه اصل مكملي براي از بين بردن آن ، قرارداد ميكند كه همواره در هر پديده خاص فقط يك ديدگاه را ميتوان بكار برد.
نگاه اجمالي
بر اساس رابطه دوبروي به ذرات مادي هم مشخصههاي موجي و هم مشخصههاي ذرهاي نسبت داده ميشود. در نگاه اول اين بيان نوعي نگراني ايجاد ميكند، چون اين بيان نوعي دوگانگي ايجاد ميكند. اصل مكملي براي از بين بردن اين دوگانگي ، قرارداد ميكند كه همواره در هر پديده خاص فقط يك ديدگاه را ميتوان بكار برد. بنابراين اعمال هر دو ديدگاه موجي و ذرهاي به صورت همزمان ممنوع است.
موارد روشن اصل مكملي
در فيزيك مفاهيم موج و ذره دو مفهوم اساسي هستند، زيرا اين دو نمايشگر تنها دو مد ممكن انتقال انرژي هستند. وقتي انرژي منتقل ميشود، همواره ميتوان انتشار آن را به كمك امواج يا ذرات توصيف كرد. در توصيف انتقال انرژي معمولي (بزرگ مقياس) در فيزيك كلاسيك ، همواره ميتوان يكي از اين دو توصيف را بكار برد.
به عنوان مثال ، يك آشفتگي كه در سطح آب استخر حركت ميكند، يك پديده موجي است و پرتاب توپ بيسبال ، انتقال انرژي توسط يك ذره را توصيف ميكند. در اينگونه موارد كه در آنها آشفتگي در حال حركت را به دو صورت مستقيم مشاهده ميكنيم، راجع به اينكه كدام توصيف را بايد بكار برد، هرگز ترديدي وجود ندارد.
چند مثال ساده از كاربرد اصل مكملي
انتشار صوت از يك محيط كشسان را ميتوان به صورت يك آشفتگي موجي درك كرد، اما آن طور كه امواج آب قابل مشاهده هستند، امواج صوتي را نميبينيم. با اين وجود، توصيف موجي را با اطمينان خاطر در مورد انتشار صوت بكار ميبريم، زيرا تا آنجا كه به تعبير پراش و تداخل مربوط ميشود، روي هم رفته ، اين پديده با پديده مربوط به امواج آب مشابه است. بنابراين گفته ميشود كه انتشار صوت جنبههاي صوتي را نشان ميدهد. به بيان ديگر ، منظور اين است كه انتشار صوت را با يك مدل موجي ميتوان تشريح كرد، چون مدل موجي با تمام مشاهدات تجربي درباره صوت توافق دارد.
يك نمونه از رفتار ذرهاي در نظريه جنبشي گازها ظاهر ميشود . هرگز به صورت مستقيم نميتوانيم مولكولهاي يك گاز را مشاهده كنيم، ولي كاملا مطمئن هستيم كه رفتار مولكولها نسبتا همانند رفتار اجسام كروي سخت و كوچك است، زيرا آزمايشهاي گوناگوني صحت اين مطلب را تاييد ميكند. منظور اين است كه يك مدل ذرهاي تنها وسيله مناسب براي بيان رفتار مولكولهاست. بنابراين ، وقتي پديدههايي را توضيح ميدهيم كه تا حدي از تجربه عادي ما به دور هستند، باز هم يكي از دو مد توصيف را بكار ميبريم، زيرا همواره يكي از آنها در توضيح حقايق تجربي موفق است.
ارتباط توصيف موجي و ذرهاي
توصيفهاي موجي و ذرهاي متقابلا ناسازگار و متناقض هستند. هرگاه بخواهيم فركانس يا طول موج يك موج را با دقت بينهايت معلوم كنيم، در اينصورت آن موج بايد داراي گسترش بينهايت در فضا باشد. برعكس ، چنانچه موج در ناحيه محدودي از فضا محبوس باشد، بطوري كه انرژي آن در هر زمان به ناحيه محدودي نسبت داده شود، در آن صورت بهواسطه اين موضعي بودن ، به ذره شباهت دارد، ولي نميتوان آن را با يك تك فركانس يا طول موج مشخص كرد.
در عوض بايد تعداد زيادي از امواج سينوسي ايدهآل را كه هر كدام داراي فركانس و طول موج مشخص هستند، بر هم نهاد، تا آشفتگي موجي حاصل شود. بنابراين ، يك موج ايدهآل (موجي كه طول موج و فركانس آن كاملا معلوم است) روي هم رفته با يك ذره ايدهآل (ذرهاي كه هيچ گسترشي در فضا ندارد) ناسازگار است.
احتمال وجود توصيفهاي ديگر در مورد انتقال انرژي
هر پديده انتقال انرژي ، خواه از مشاهده مستقيم يا تجربه ما دور باشد يا نباشد، بايد بر حسب امواج يا ذرات بيان شود. هرگاه بخواهيم كه اين پديده را مجسم كنيم و يا هرگاه بخواهيم كه نوعي تصوير از آنچه در برهمكنشهايي كه مشاهده مستقيم و بدون واسطه آنها غيرقابلحصول است، داشته باشيم، آن تصور بايد برحسب رفتار موجي و يا برحسب رفتار ذرهاي باشد. هيچ شق ديگري موجود نيست. به دليل وجود تناقض متقابل بين مشخصههاي موجي ، نميتوان توصيف ذرهاي و توصيف موجي را بطور همزمان بكار برد. ميتوانيم و بايد يكي از اين دو توصيف را بكار بريم، ولي هرگز نميتوانيم به صورت همزمان از هر دو استفاده كنيم.
اصل كمكي در مورد تابش الكترو مغناطيسي
تابش الكترو مغناطيسي هم جنبههاي موجي و هم جنبههاي ذرهاي را نشان ميدهد، اما نه در يك آزمايش. موردي كه تداخل يا پراش را نشان ميدهد، مستلزم تعبير موجي است و همزمان نميتوان از تعبير ذرهاي استفاده نمود. آزمايشي كه برهمكنش فوتون و الكترون (مانند فتوالكتريك) را نشان ميدهد، مستلزم تعبير ذرهاي است و همزمان نميتوان از تعبير موجي استفاده كرد. جنبههاي موجي و ذرهاي ، خصوصيات ذاتي تابش الكترومغناطيسي هستند و بايد هر دو جنبه را بپذيريم. بر اساس مكملي كه توسط بوهر ، پيشنهاد شد، جنبههاي موجي و ذرهاي مكمل يكديگرند.
در هر آزمايش ، براي تعبير رفتار تابش الكترومغناطيسي ، برحسب يك تصوير مرئي و با معني ، بايد يا توصيف ذرهاي يا توصيف موجي را انتخاب كنيم. جنبههاي موجي و ذرهاي مكمل هستند، زيرا تا زماني كه اين دو جنبه هر دو معلوم نباشند، دانش ما درباره خصوصيات تابش الكترومغناطيسي ناقص است. اما گزينش يك توصيف ، كه طبيعت آزمايش آن را ايجاب ميكند، از گزينش همزمان توصيف ديگر جلوگيري ميكند. درست همان طوري كه نظريه نسبيت مشخص ميكند كه تصورات عادي ما از فضا - زمان و جرم در پديدههايي با سرعت زياد كاربرد ندارند. نظريه كوانتومي نيز ، از طريق دوگانگي موجي – ذرهاي ، نشان ميدهد كه براي توصيف پديدههاي زيرميكروسكوپيك مفاهيم ساده معمولي كفايت نميكنند.
منبع : http://www.academist.net
ارسال شده توسط : بهزاد طهماسب زاده
برگرفته از :http://www.hupaa.com
