Энергетическая природа материи становится очевидной, когда мы вспоминаем знаменитое уравнение Эйнштейна E=mc². Оно показывает, что масса и энергия – это две стороны одной медали. Даже крошечный объект обладает огромным запасом энергии, заключенным в его массе. А субатомные частицы, будучи фундаментальными «кирпичиками» реальности, несут в себе эту чистую энергию.
1.2. Волно-частичный дуализм: свет как волна и частица.
Волно-частичный дуализм – это, пожалуй, одно из самых ярких и озадачивающих явлений квантовой физики. Оно касается не только субатомных частиц, но и света.
Еще в XVII веке Исаак Ньютон предполагал, что свет состоит из мельчайших частиц – корпускул. Однако опыты Томаса Юнга в начале XIX века, демонстрировавшие интерференцию света, привели к выводу, что свет ведет себя как волна. Позже, в начале XX века, Макс Планк и Альберт Эйнштейн, исследуя тепловое излучение и фотоэлектрический эффект, вернулись к идее корпускулярной природы света. Эйнштейн предположил, что свет состоит из дискретных «порций» энергии – квантов, которые мы теперь называем фотонами.
Таким образом, свет – это нечто, что одновременно является и волной, и частицей. Когда мы говорим о волнах, мы имеем в виду явление, которое распространяется в пространстве, характеризуется длиной волны, частотой, амплитудой. Эти свойства объясняют, как свет может огибать препятствия (дифракция) и как волны могут складываться или вычитаться (интерференция). Знаменитый эксперимент Юнга с двумя щелями наглядно демонстрирует это: когда луч света проходит через две параллельные щели, на экране за ними образуется интерференционная картина – чередование светлых и темных полос, что возможно только при волновом поведении.
Однако, когда свет взаимодействует с материей, например, выбивая электроны из металлической поверхности (фотоэлектрический эффект), он ведет себя как поток частиц – фотонов, каждый из которых несет определенное количество энергии, пропорциональное частоте света.