Partikel/bølge-dualitet

Siden man vælger at kalde elektromagnetiske bølger af længderne 400-730 nm for synligt lys, og ikke blot lys, er det vel korrekt også at anse de øvrige bølgetyper på det elektromagnetiske spektrum som lys, bare usynligt lys - eller skal jeg ikke være så nøjeregnende? Rent fysisk, er fx UV-stråler vel nøjagtig det samme som stråler af synligt lys, blot med andre bølgelængder?

Lys, der udsendes fra et atom, kan opfattes som en partikkel, en foton. Det kan også opfattes som en bølgepakke, dvs. en bølge med begrænset udbredelse. Det samme gælder for lys, der udsendes ved bremsestråling. Hvis lys udsendes fra et uforstyrret atom, vil der blive udsendt en bølgepakke, hvis samlede længde kun afhænger af de to energitilstande, der indgår i processen. I en normal gasudladning, f.eks. i et neonrør, vil atomerne ikke være uforstyrrede, fordi de hele tiden støder id i hinanden. Det forstyrrer lysudsendelsen, så bølgepakken bliver kortere. Det kan man konstatere ved at lave et interferensforsøg, hvor man deler en lysstråle op i to med et delvist gennemskindeligt spejl, sender de to lysstråler gennem forskellig vejlængde og samler dem igen. Hvis vejlængdeforskellen er lille nok, kan man få interferens mellem de to stråler, hvis vejlængdeforskellen er for stor, kommer der ingen interferens. Grænsen for interferens er ca. middellængden af en bølgepakke.

I en N2-impulslaser bringes et meget stort antal N2-molekyle op i en høj energitilstand. Kort efter vil et af molekylerne udsende en foton. Den vil normalt være en kort bølgepakke. Hvis den rammer et molekyle i den høje energitilstand, vil den kunne udløse udsendelse af lys fra dette molekyle. Det vil blive udsendt i samme retning som den oprindelige bølge og med samme fase. Udsendelsen fortsætter indtil molekylet forstyrres af et sammenstød, så derved kan bølgepakken blive forlænget. Her optræder lyset både som foton (sammenstød med molekylet) og som bølge (retning og fase bevares). Processen i N2-laseren kan give bølgepakker, der er op til 1,5m lange. Der findes lasere, hvor bølgepakkerne er endnu længere.

Det er et meget forvirrende område at komme ind på. Med tiden vender man sig til det.

Om betegnelsen lys: De første observationer, man har af IR-stråling stammer fra forsøg med prismer, hvorfor man betragter IR-strålingen som en form for usynligt lys. Tilsvarende betegnes UV-strålingen som ultraviolet lys. Begge disse former for elektromagnetisk stråling kan behandles som synligt lys, dog skal man tage hensyn til materialevalget. Skal man fotoggrafere i UV-området, skal man bruge kvarts i stedet for almindeligt glas, fordi glasset absorberer UV-stråling. Tilsvarende skal man bruge optik at germanium eller natriumklorid, hvis man skal arbejde med den langbølgede del af IR-strålingen. Et almindeligt fotografisk objektiv er konstrueret til synligt lys, men virker også for en del af UV- og IR-spektrene. Derfor er der ofte et filter på kameraets sensor og man benytter ofte et UV-filter på objektivet. Man kan få fjernet disse filtre og dermed få et kamera, give en del spændende virkninger i billederne.

I det sidste tilfælde har fotonerne meget lav energi (lav frekvens), så der skal mange til for at udstråle energien. Metoden bevirker, at bølgerne inde i de enkelte pakker er i fase og derfor optræder med tydelige bølgeegenskaber, mens partikkelegenskaberne er svære at detektere, fordi den enkelte foton har så lav energi.

Synligt lys adskiller sig kun fra anden elektromagnetisk stråling ved at det ligger i et bølgelæmgdeområde, som øjet kan opfatte.

Det lys, der kommer fra solen, er ikke dannet direkte fra fusionsprocessen. En stor del af den frgjorte energi udsendes som gammastråling, der er elektromagnetisk stråling med ekstremt kort bølgellængde. Gammastrålingen rammer atomkerner og elektroner inde i solens indre og overfører energien til dem. De genudsender energien i mindre kvanta, altså nye fotoner med mindre energi. Disse fotoner rammer andre elektroner og kerner osv. Når energien endelig når frem til solens overflade,

Mange tak for svaret! Du har ret; det er et abstrakt emne, men du har i hvert fald bidraget til, at jeg forstår det bedre. Så lys er både fotoner og bølger i alle tilfælde, det er blot forskelligt, hvordan man kan observere det. Findes der andre måder, end de omtalte, hvorpå lys kan dannes? I eksemplet du omtaler med neonrøret, er der her tale om at atomerne accelereres?

Dualiteten liger i, at nogle fysiske fænomener kan beskrives ud fra en partikelmodel
medens andre fysiske fænomener kan beskrives ud fra en bølgemodel.
Endnu findes ingen overordnet model, der kan beskrive, hvad partikel- og bølgemodellen hver især kan beskrive.
 

hvorfor man ikke éntydigt kan sige, at "lys er både fotoner og bølger i alle tilfælde".

I neonrøret accelereres elektroner i den ene retning og neonioner i den modsatte retning. Når elektronerne rammer et neutralt atom, kan de ionisere atomet eller de kan slå atoms elektroner op i en højere energitilstand, hvorfra elektronen kan vende tilbage til sin oprindelige tilstand ved samtidig udsendelse af lys.

I lysdioder (LED) sker lysudsendelsen ved at elektroner, der bevæger sig næsten frit i krystastrukturen får tilført energi og afgiver den igen, omtrent som i et atom.

Sender man en partikkel ind i et gennemskinneligt materiale med en hastighed, der er større end lysets hastighed i materialet, udsendes en stråling, der svarer til kølvandsbølgen bag et skib. Det kaldes cherrenkovstråling. Det optræder i visse atomreaktorer i vandet omkring reaktorkernen.

Mange tak for svarene begge to. Jeg har et spørgsmål mere, eller rettere flere:

Hydrogenatomet har kun én elektron, og denne befinder sig, ifølge læren om kemi, i dets første skal. Selvom et atom kun har et få antal elektroner, der eksempelvis befinder sig i første og anden skal, består atomet så stadig af de øvrige skaller, selvom disse er tomme? Dette må vel være tilfældet siden, at atomet kan skifte energitilstand. Men hvad så, når man kigger på et atom, med flere elektroner; hvilken elektron vil så bestemme atomets energitilstand? Kan fx hydrogenatomet indgå i kemiske reaktioner, hvis ikke dets elektron befinder sig i 1. skal, som det er i overensstemmelse med det periodiske system?

Skallerne er energiniveauer for elektronerne i atomet. Brintatomet har uendelig mange af disse niveauer. Hvis et brintatom tilføres en energi, der er mindre end 13.6 eV, kan elektronen springe op til et højere energiniveau. Derfra kan den springe i et eller flere trin tilbage til grundtilstanden. Ved disse spring udsendes der lys. Spring fra én af tilstandene 3,4,5 eller 6 til tilstand 2 giver synligt lys.

Når der dannes kemiske forbindelser påvirker atomerne hinanden, så skallerne deformeres og en del af dem kommer til at smelte sammen, så elektronerne kommer til at bevæge sig om begge atomer.

I atmoer med flere elektroner bestemmer elektronerne i fællesskab den samlede energi. I defleste tilfælde vil det være en elektron i den yderste besatte skal, der får tilført energi og senere giver anledning til lysudsendelse, men det kan også være elektroner fra de indre skaller. Sender man en elektronstråle med høj energi ind mod en metaloverflade, kan man få løsrevet elektroner fra de indre skaller. Når de vender tilbage, udsendes der röntgenstråling.

Balmerserien:

Jeg vil gerne lige have det skåret helt ud i pap for at være fuldstændig sikker:

Gælder partikel-/bølgedualiteten for alle typer af stråling på det elektromagnetiske spektrum? Min bog fortæller ikke dette eksplicit, men siden, at den fotoelektriske effekt, som jo ikke lader sig gøre med beskydning af synligt lys, kan finde sted, må dette vel være tilfældet? Min fysikbog fokuserer faktisk kun på lyset.

 Partikel-bølgedualiteten gælder for al EM-stråling.