Ηλεκτρονικά Κύματα

Τα ηλεκτρονικά κύματα είναι εκπρόσωποι της κυματικής φύσης του ηλεκτρονίου. Όταν μια δέσμη ηλεκτρονίων πέρασε μέσα από μια διπλή σχισμή και έγινε για να χτυπήσει ένα πλέγμα που ήταν τοποθετημένο πίσω από το άνοιγμα των σχισμών, σχηματίστηκε ένα σχέδιο παρεμβολής. Αποτελούνταν από ανοιχτόχρωμες και σκούρες λωρίδες. Αυτό έγινε από τον Thomas Young και απέδειξε ότι τα ηλεκτρόνια που θεωρούνταν απλώς σωματίδια (λόγω της εκτροπής που παρατηρήθηκε στο πείραμα της καθοδικής ακτίνας) έχουν επίσης κυματική φύση. Αυτή η κυματική φύση των ηλεκτρονίων οδήγησε στη δημιουργία του όρου ηλεκτρονικό κύμα και αντιπροσωπεύει την κυματική φύση που σχετίζεται με το ηλεκτρόνιο. Η σωματιδιακή και η κυματική φύση υπάρχουν σε κάθε ύλη. η υπόθεση είναι? Ωστόσο, με την αύξηση/μείωση της μάζας κυριαρχεί η φύση ποικίλλει.

Πριν συζητήσουμε λεπτομερώς, ας δούμε μερικούς σημαντικούς ορισμούς και θεωρήματα που μπορούν να βελτιώσουν την κατανόησή μας για τη συνάρτηση του ηλεκτρονίου και την κυματική φύση του ηλεκτρονίου.

Μερικοί βασικοί ορισμοί και χαρακτηριστικά:

Συνάρτηση κύματος ηλεκτρονίων:Η φυσική κατάσταση ενός ηλεκτρονίου περιγράφεται γενικά από τη συνάρτηση ηλεκτρονικού κύματος. Ένα ηλεκτρόνιο δεν έχει ντετερμινιστική συνεχή κίνηση. Αντίθετα, είναι ασυνεχής. Η κυματική συνάρτηση είναι μια αριθμητική παράμετρος που αποτελείται από μια σύνθετη μαθηματική σχέση που παρέχει την πυκνότητα πιθανότητας εύρεσης ενός ηλεκτρονίου σε ένα συγκεκριμένο χώρο. Είναι μια ένδειξη τυχαίας κίνησης, η οποία μπορεί να απεικονιστεί μόνο όταν ληφθεί υπόψη η κυματική φύση του ηλεκτρονίου.

Αρχή Αβεβαιότητας:Η Αρχή Αβεβαιότητας του Heisenberg είναι ένα πρωτοποριακό μοντέλο που προβλέπει ότι όταν μετράμε τις παραμέτρους ή τις μεταβλητές ενός σωματιδίου, υπάρχει εγγενής αβεβαιότητα στη μέτρηση λόγω της παρουσίας διπλής φύσης. Αυτό ισχύει ανεξάρτητα από την κυριαρχία μιας συγκεκριμένης φύσης. Όταν αυτή η αρχή επεκτείνεται στη θέση (κύμα φύση) και την ορμή (σωματιδιακή φύση) ενός αντικειμένου, η αρχή δηλώνει ότι πιο συγκεκριμένα μετράμε μια φύση, η μέτρηση της άλλης φύσης είναι πιο αβέβαιη.

Αυτό είναι αντίθετο με τη διαίσθησή μας και τη γενική μας παρατήρηση με γυμνά μάτια, στην οποία όλες οι μεταβλητές μπορούν να θεωρηθούν ότι μετρώνται με ακρίβεια μόνο εάν κάποιος έχει αρκετά καλά όργανα. Η αρχή της αβεβαιότητας που δόθηκε από τον Heisenberg είναι θεμελιώδης θεωρία και μια μαθηματική σχέση που μας πληροφορεί για τους περιορισμούς. Δεν μπορούμε να μετρήσουμε με ακρίβεια μια ποικιλία κβαντικών μεταβλητών ταυτόχρονα. Αυτό είναι ένα άμεσο σημείο διάκρισης από τη Νευτώνεια Φυσική. Και αυτή η σχέση υπάρχει πέρα ​​από τη θέση και την ορμή. επεκτείνεται επίσης στην ενέργεια και τον χρόνο.

Ο Χάιζενμπεργκ διατύπωσε επίσης μια μαθηματική σχέση η οποία είναι:                                       Δσελ. Δx ≥h4π

Όπου  Δ  αναφέρεται στην αβεβαιότητα στην παράμετρο και  h  ορίζεται ως σταθερά του Planck 

Μήκος κύματος De Broglie:Η έλευση της κβαντικής μηχανικής έδειξε ότι η διπλή φύση υπάρχει επίσης στην κανονική μας ζωή. Δεν το παρατηρούμε λόγω της ελάχιστης παρουσίας ή κυριαρχίας της σωματιδιακής φύσης λόγω της αύξησης του μεγέθους (συγκεκριμένα της μάζας) των αντικειμένων. Ωστόσο, η κυριαρχία δεν αποδεικνύει την απουσία άλλης φύσης. Έτσι, κάθε σωματίδιο έχει κυματική φύση που σχετίζεται με αυτό, ο De Broglie ήταν αυτός που όρισε μαθηματικά μια σχέση μεταξύ μήκους κύματος και ορμής. λ=  hp

Εδώ λ είναι το μήκος κύματος, h είναι η σταθερά του Planck και p είναι η ορμή.

Απορρόφηση και εκπομπή

Απορρόφηση:Όταν ένα ηλεκτρόνιο σε τροχιά απορροφά ενέργεια με τη μορφή φωτονίων, διεγείρεται και στη συνέχεια πηγαίνει σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο. Αυτό μετριέται με τη μορφή της φασματικής υπογραφής που λείπει από τα φώτα που χρησιμοποιήθηκαν αρχικά για να διεγείρουν τα ηλεκτρόνια. Η επιπλέον ενέργεια αλλάζει επίσης την πυκνότητα πιθανότητας των ηλεκτρονίων, επηρεάζοντας έτσι την ασυνεχή κίνησή τους.

Εκπομπή:Όταν ένα ηλεκτρόνιο σε τροχιά εκπέμπει ενέργεια με τη μορφή φωτονίων, αποδιεγείρεται και στη συνέχεια πηγαίνει σε χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο. Αυτό μετριέται με τη μορφή εμφανιζόμενης φασματικής υπογραφής των φώτων που παρατηρούνται σε διαφορετικό ορατό φως και πέρα ​​από αυτό. Η απώλεια ενέργειας αλλάζει επίσης την πυκνότητα πιθανότητας των ηλεκτρονίων, επηρεάζοντας έτσι την ασυνεχή κίνησή τους.

Εφαρμογές ηλεκτρονικών κυμάτων

Τα ηλεκτρονικά κύματα, ή η μελέτη των κυμάτων γενικά, έχουν αλλάξει σε μεγάλο βαθμό την κατανόησή μας για τη φύση και την προέλευση του σύμπαντος. Η διέγερση και η εκπομπή που ακολουθούν μας βοηθούν να κατανοήσουμε τη στοιχειακή σύνθεση των μακρινών αστεριών, των αστεροειδών ή ακόμα και των γαλαξιών. Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν τις μετρήσεις του φάσματος φωτός από ένα αστέρι ή αστεροειδή για τον οποίο πρέπει να προσδιοριστεί η στοιχειώδης σύνθεση. Κάθε στοιχείο έχει μια ιδιότητα ότι εκπέμπει φως συγκεκριμένου μήκους κύματος. Ως εκ τούτου, οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να προσδιορίσουν το παρόν και τα φάσματα που λείπουν, τα οποία θα αποκαλύψουν τη στοιχειακή σύνθεση του συγκεκριμένου άστρου. Βοηθά ακόμη και στον προσδιορισμό των ταχυτήτων των γαλαξιών. Τα όργανα που αναπτύχθηκαν με βάση τις αρχές της αβεβαιότητας μας δίνουν μια εξαιρετικά ακριβή και ευαίσθητη αριθμητική χαρτογράφηση των παρατηρήσεων. Βοήθησε τους επιστήμονες να επηρεάσουν τα νευρικά μονοπάτια συμβάλλοντας στην ανάπτυξη της ρομποτικής και της τεχνητής νοημοσύνης, που θα διευρύνουν τις πιθανότητές μας για επιβίωση και θα διαφοροποιήσουν το είδος μας.

Ο ήλιος εκπέμπει ακτινοβολία διαφορετικών μηκών κύματος που μπορεί να φανεί στο ορατό φάσμα. Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τον ήλιο διεισδύει στην ατμόσφαιρα και θερμαίνει στεριά και θάλασσα. Τα θερμά εδάφη εκπέμπουν επίσης θερμότητα σε μεγαλύτερα μήκη κύματος. Το διοξείδιο του άνθρακα έχει ένα επίπεδο ενέργειας που αντιστοιχεί στα υπέρυθρα μήκη κύματος που βοηθούν στην απορρόφηση των υπέρυθρων ακτίνων του ήλιου. Ως εκ τούτου, εκπέμπει επίσης υπέρυθρα μήκη κύματος προς όλες τις κατευθύνσεις που θερμαίνουν την ατμόσφαιρα. Περισσότερη ακτινοβολία εκπέμπεται στην ατμόσφαιρα παρά έξω από την ατμόσφαιρα. Αυτός είναι ο λόγος για το φαινόμενο του θερμοκηπίου και την αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας.

Συμπέρασμα

Η ιδέα του Νευτώνειου ντετερμινιστικού σύμπαντος δέχτηκε ένα θανατηφόρο πλήγμα με την ανακάλυψη των κυματικών ιδιοτήτων των ηλεκτρονίων. Η ιδέα ότι μπορεί κανείς να μετρήσει την ακριβή θέση και την ταχύτητα κάθε σωματιδίου έχει αποδεκατιστεί. Αυτό οδήγησε επίσης στην εξάλειψη της ιδέας ότι μπορούμε να υπολογίσουμε ολόκληρη την ιστορία του σύμπαντος μέσω εξαιρετικά ισχυρών, απλών οργάνων. Ο Heisenberg διαπίστωσε ξεκάθαρα ότι πολλές μεταβλητές δεν μπορούσαν να μετρηθούν με ακρίβεια. Το μέλλον δεν είναι μια καθορισμένη πραγματικότητα αλλά μάλλον μια συνέπεια της τυχαιότητας που θα σχηματίσει τάξη από την ασυνεχή κίνηση. Αυτό είχε μεγάλες συνέπειες στις μετρητικές μας ικανότητες, ειδικά σε σχέση με την εξερεύνηση του σύμπαντος.