Golven en deeltjes

Kort gezegd: een golf is iets dat wiebelt in ruimte en tijd. Als een golf langs komt merk je een trilling.

Een golf strekt zich uit over een zekere afstand. Het wiebelen kan periodiek zijn (zoals het geluid van een vioolsnaar die een bepaalde toon geeft), of niet-periodiek (zoals het geluid van een explosie).

Grootheden die een golf karakteriseren zijn: golf

  • de "sterkte" van het heen en weer gaan: de amplitude,
  • hoe vaak in een zekere tijd: de frequentie,
  • de afstand die de golf heeft afgelegd van maximum tot maximum: de golflengte (lambda).
Omdat een bepaalde golf met constante snelheid door een tussenstof ("medium") beweegt geldt de volgende relatie: als je de frequentie van de bron verhoogt zal de afstand tussen de golftoppen kleiner worden (zo verklein je de golflengte). In formule:
  • golfsnelheid = frequentie x golflengte
Dus: bij een vaste golfsnelheid zijn frequentie en golflengte omgekeerd evenredig.


Een van de interessantste eigenschappen van golven is "interferentie":

  • als twee golven door elkaar heen gaan worden hun effecten bij elkaar opgeteld.
2 golven met interferentie
Links zie je hoe de uitwijkingen van twee golven opgeteld worden tot de interferentiegolf. Rechts een foto (bovenaanzicht) van een watergolfbak met twee trillende bronnen met gelijke frequentie. Merk op dat het water op sommige punten niet golft. Deze foto is te vergelijken met de tekening hier onder (licht door twee spleten).

Golven hebben nog veel meer eigenschappen. We kunnen ze hier niet allemaal behandelen.



Golf-eigenschappen ook bij deeltjes

Zoals hierboven de watergolven interfereerden, zo kan ook interferentie met lichtgolven optreden. Nodig: lamp, metalen plaat met 2 spleten, scherm.
Bij heel nauwe spleten buigt het licht alle kanten op: cirkelgolven uit puntbronnen. Als de spleten heel dicht bijeen zijn (binnen 1 mm) komt er een interferentiepatroon op het scherm (op meer dan 1 m van de spleten). interferentie met licht

Vergelijk met de watergolven:
De bronnen maken golven die gelijkop trillen ("in fase"), maar naar een punt verder weg moet de ene golf meestal verder reizen dan de andere. Als het wegverschil een halve golflengte is (of 1,5lambda, 2,5lambda, enz.) komen de golven "in tegenfase" aan: een golftop uit de ene bron, en een golfdal uit de andere.

  • Bij tegenfase: licht + licht = donker!

En nu komt pas echt het vreemde:
dit experiment kan ook gedaan worden met deeltjes, en dan ontstaat een soortgelijk patroon!
interferentiepatroon


Dit is een echt interferentiepatroon, veroorzaakt door elektronen die verstrooid werden door een goudfolie.

We weten nu: deeltjes hebben golf-eigenschappen.

Het is eigenlijk onvoorstelbaar dat deeltjes, die we als stukje vaste materie beschouwden, zich blijken te gedragen als golven:

  • materiedeeltjes met een frequentie,
  • materiedeeltjes met een golflengte,
  • materiedeeltjes die met elkaar kunnen interfereren.

Maar het is belangrijk op te merken dat de golflengte van sub-atomaire deeltjes niets te maken heeft met "wiebelen". Het gaat om het "in fase" of "in tegenfase" zijn. Een licht-deeltje (foton) gedraagt zich als golf omdat het elektromagnetische veld positief of negatief kan zijn. Bij een elektron is het volgens de quantummechanica een wiskundige golf-functie, waarmee voor elk punt en elke tijd berekend kan worden wat de kans is dat het elektron er is.


Back