Dualizm falowo-cząsteczkowy opisuje właściwości fotony oraz cząsteczki subatomowe, aby wykazywać właściwości zarówno fal, jak i cząstek. Dualizm falowo-cząsteczkowy jest ważną częścią mechaniki kwantowej, ponieważ umożliwia wyjaśnienie, dlaczego pojęcia „fali” i „cząstki”, które działają w mechanice klasycznej, nie obejmują zachowania kwant przedmioty Podwójna natura światła zyskała akceptację po 1905 roku, kiedy Albert Einstein opisał światło w kategoriach fotonów, które wykazywał właściwości cząstek, a następnie przedstawił swój słynny artykuł na temat szczególnej teorii względności, w której światło działało jak pole falowy.
Cząsteczki wykazujące dualność falowo-cząsteczkową
Dwoistość falowo-cząsteczkowa została wykazana dla fotonów (światła), cząstek elementarnych, atomów i cząsteczek. Jednak właściwości falowe większych cząstek, takich jak cząsteczki, mają wyjątkowo krótkie długości fali i są trudne do wykrycia i zmierzenia. Klasyczna mechanika jest ogólnie wystarczająca do opisania zachowania bytów makroskopowych.
Dowody na dualność falowo-cząsteczkową
Liczne eksperymenty potwierdziły dualizm cząstek i fal, ale istnieje kilka konkretnych wczesnych eksperymentów, które zakończyły debatę na temat tego, czy światło składa się z fal, czy z cząstek:
Efekt fotoelektryczny - światło zachowuje się jak cząstki
The efekt fotoelektryczny jest zjawiskiem, w którym metale emitują elektrony pod wpływem światła. Zachowanie fotoelektrony nie da się wyjaśnić klasyczną teorią elektromagnetyczną. Heinrich Hertz zauważył, że świecące światło ultrafioletowe na elektrodach zwiększa ich zdolność do wytwarzania iskier elektrycznych (1887). Einstein (1905) wyjaśnił, że efekt fotoelektryczny wynika ze światła przenoszonego w dyskretnych pakietach kwantowanych. Eksperyment Roberta Millikana (1921) potwierdził opis Einsteina i doprowadził do zdobycia przez Einsteina Nagrody Nobla w 1921 r. Za „odkrycie prawa efekt fotoelektryczny ”i Millikan zdobywający Nagrodę Nobla w 1923 r. za„ pracę nad elementarnym ładunkiem elektrycznym i fotoelektrycznym efekt".
Eksperyment Davissona-Germera - lekkie zachowania jak fale
Eksperyment Davissona-Germera potwierdził hipotezę deBroglie i posłużył jako podstawa do sformułowania mechaniki kwantowej. W eksperymencie zasadniczo zastosowano prawo dyfrakcji Bragga do cząstek. Eksperymentalny aparat próżniowy mierzył energie elektronów rozproszonych z powierzchni rozgrzanego włókna z drutu i pozwolił uderzyć w powierzchnię niklowo-metalową. Wiązka elektronów może być obracana w celu zmierzenia wpływu zmiany kąta na rozproszone elektrony. Naukowcy odkryli, że intensywność rozproszonej wiązki osiąga szczyt pod pewnymi kątami. Wskazywało to na zachowanie fali i można je wyjaśnić, stosując prawo Bragga do odstępu sieci krystalicznej niklu.
Eksperyment Thomasa Younga z podwójną szczeliną
Eksperyment Younga z podwójną szczeliną można wyjaśnić za pomocą dualizmu cząstek i fal. Emitowane światło odsuwa się od źródła jako fala elektromagnetyczna. Po napotkaniu szczeliny fala przechodzi przez szczelinę i dzieli się na dwie fronty fal, które zachodzą na siebie. W momencie uderzenia w ekran pole falowe „zapada się” w pojedynczy punkt i staje się fotonem.