رفتار موجی- ذره ای

این قسمت را با یک مثال شروع می کنیم:
فرض کنید قادر باشیم در یک اتاق خلا یک تک الکترون را شلیک کنیم. می خواهیم رفتار الکترون را در یک حالت خاص بررسی نماییم. برای این کار الکترون را بر سر یک دو راهی قرار می دهیم ، تا نحوه ی انتخاب آن مشخص شود. (مانند شخصی که به یک دو راهی می رسد). فاصله ی این دو راه از یکدیگر نباید زیاد باشد زیرا آن گاه انتخاب مسیر معنا نمی دهد. یعنی الکترون در آن واحد باید در جلوی خود دو راه یا 2 انتخاب را ببیند. هم چنین عرض هر کدام از این دو راه نباید بیش از اندازه بزرگ باشد، چون در این صورت هر کدام از آنها، راه های متعدد دیگری به حساب می آیند. این دو مسیر یا دو انتخاب همان دو شکاف یانگ هستند که برای تداخل سنجی مورد استفاده قرار می گیرند. اندازه شکافها و فاصله انها از هم معمولا توسط طول موج الکترون مشخص می شوند. اگر عرض هر کدام از این دو سوراخ یا شکاف از طول موج الکترون تابیده شده بیشتر باشد، طرح تداخلی ایجاد نمی شود. طول موج و عرض شکافها باید قابل قیاس با هم باشند. هم چنین فاصله آنها از یکدیگر نیز نباید زیاد باشد.

حالا فرض کنید یک تک الکترون به این دو شکاف یا 2 انتخاب می رسد. به نظر شما از کدام یک عبور میکند؟ می توان گفت به احتمال 50 درصد از اولی و 50 درصد از دومی عبور خواهد کرد. هیچ دلیل خاصی برای ارجهیت دادن این دو مسیر وجود ندارد. اگر الکترون از مسیر اول عبور کند، وجود و یا عبور آن از مسیر دوم منتفی است و برعکس. به هر حال الکترون بعد از عبور از یکی از این دو شکاف به یک پرده یا آشکار ساز برخورد کرده و یک نقطه روشن باقی می گذارد( فرض اینکه تا آخر آزمایش باقی می ماند). حالا الکترون بعدی را می فرستیم. آن هم همینطور، بعد از عبور از یکی از شکافها به پرده می رسد و یک نقطه روشن باقی می گذارد. ما اصلا درباره اینکه الکترون بعدی به کدام نقطه از پرده برخورد میکند و کدام نقطه را روشن میکند، نمی توانیم اظهار نظر کنیم. یعنی فعلا نمی توانیم رابطه ای برای پیدا کردن مکان الکترونهای بعدی بیابیم. حالا فرض کنید شلیک الکترونها ادامه پیدا کند. پس از مدتی که به پرده نگاه کنیم، مشاهده می کنیم که یک سری نوارهای روشن و تاریک دایروی شکل روی پرده ظاهر شده است. نوارهای روشن جایی است که تعداد الکترونهای بیشتری بدان نقطه برخورد کرده اند و نوارهای تاریک مکانهایی هستند که الکترونهای کمتری به انجا برخورد کرده است. این طرح به اصطلاح تداخلی را چگونه می توان توجیه کرد؟ خوب احتیاج به توجیه نیست. بلکه فقط لازم است رابطه ای برای آن بیابیم. این طرح تداخلی ما را به یاد تداخل دو موج می اندازد. دو موج با مشخصات یکسان که از دو منبع (دو شکاف) به طور همزمان منتشر شوند با یکدیگر تداخل می کنند. در برخی نقاط تداخل سازنده است و موج نهایی حاصل جمع دامنه دو موج است( نوار روشن) و در برخی نقاط تداخل ویرانگر است و نتیجه موج نهایی یا دامنه صفر خواهد بود (نوار تاریک). البته مرز بین نوار روشن و تاریک ناگهانی و تیز نیست. یعنی اینکه از نوار روشن کم کم به طرف نوار تاریک می رسیم و برعکس. یعنی احتمال این وجود دارد که در نقاط تاریک چند الکترونی برخورد کرده باشند، اما احتمال آن بسیار کم است. در مرکز نوار روشن احتمال برخورد الکترون 100 درصد است.
با این فرض که الکترونها در این حالت همانند یک موج رفتار میکنند، می توانیم با توجه به فاصله دو شکاف از یکدیگر و فاصله پرده از دو شکاف و طول موج الکترون تابیده شده، مکان نوارهای تاریک و روشن وتعداد انها را مشخص کنیم. یعنی توانسته ایم پیش بینی کنیم چه اتفاقی رخ می دهد. پس در اینجا دیگر حرف از ذره نیست. الکترون هنوز یک ذره است و جرم دارد، ولی در حالت دو شکاف یانگ از خودش رفتار موج گونه بروز میدهد. به اصطلاح گفته می شود که الکترون دارای رفتار دو گانه است. این حالت برای نور که از بسته های کوچک به نام فوتون تشکیل شده نیز صادق است.
حالا اگر یکی از شکافها را بپوشانیم، آنگاه الکترون فقط یک انتخاب دارد و فقط یک نقطه از پرده را روشن می کند. یعنی طرح تداخلی از بین خواهد رفت.

منبع: طبیعت زنده ( فیزیک)