Dualita vlnových častíc popisuje vlastnosti fotóny a subatomické častice, ktoré vykazujú vlastnosti vĺn aj častíc. Dualita vlnových častíc je dôležitou súčasťou kvantovej mechaniky, pretože ponúka spôsob, ako vysvetliť, prečo pojmy „vlna“ a „častica“, ktoré fungujú v klasickej mechanike, nepokrývajú správanie kvantum objektov. Duálny charakter svetla získal prijatie po roku 1905, keď Albert Einstein opísal svetlo z hľadiska fotónov, ktoré prejavil vlastnosti častíc a potom predstavil svoj slávny článok o špeciálnej relativite, v ktorom svetlo pôsobilo ako pole vln.
Častice, ktoré vykazujú dualitu vlnových častíc
Dualita vlnových častíc bola preukázaná pre fotóny (svetlo), elementárne častice, atómy a molekuly. Vlnové vlastnosti väčších častíc, ako sú molekuly, však majú extrémne krátke vlnové dĺžky a je ťažké ich detegovať a merať. Klasická mechanika všeobecne postačuje na opis správania makroskopických entít.
Dôkazy o dualite vlnových častíc
Početné experimenty potvrdili dualitu vlnových častíc, ale existuje niekoľko konkrétnych počiatočných experimentov, ktoré ukončili diskusiu o tom, či svetlo pozostáva z vln alebo častíc:
Fotoelektrický efekt - svetlo sa chová ako častice
fotoelektrický efekt je jav, pri ktorom kovy emitujú elektróny, keď sú vystavené svetlu. Správanie fotoelektróny nemohli byť vysvetlené klasickou elektromagnetickou teóriou. Heinrich Hertz poznamenal, že žiariace ultrafialové svetlo na elektródach zlepšilo ich schopnosť vytvárať elektrické iskry (1887). Einstein (1905) vysvetlil fotoelektrický efekt ako výsledok svetla prenášaného v diskrétnych kvantovaných paketoch. Experiment Roberta Millikana (1921) potvrdil Einsteinov opis a viedol k tomu, že Einstein získal Nobelovu cenu v roku 1921 za „objav zákona fotoelektrický efekt "a Millikan získal Nobelovu cenu v roku 1923 za" prácu na elementárnom náboji elektriny a na fotoelektrike effect ".
Davisson-Germerov experiment - svetlo sa chová ako vlny
Davisson-Germerov experiment potvrdil hypotézu deBroglie a slúžil ako základ pre formuláciu kvantovej mechaniky. Experiment v podstate aplikoval Braggov zákon difrakcie na častice. Experimentálne vákuové zariadenie meralo elektrónovú energiu rozptýlenú od povrchu zahriateho drôtového vlákna a umožnilo naraziť na kovový povrch niklu. Elektrónový lúč by sa mohol otáčať, aby sa zmeral účinok zmeny uhla na rozptýlených elektrónoch. Vedci zistili, že intenzita rozptýleného lúča vrcholila v určitých uhloch. Toto indikovalo vlnové správanie a mohlo by sa to vysvetliť aplikáciou Braggovho zákona na rozstup mriežky z niklového kryštálu.
Experiment Thomasa Younga s dvojitým štrkom
Youngov dvojitý štrbinový experiment možno vysvetliť pomocou duality vlnových častíc. Vyžarované svetlo sa pohybuje od svojho zdroja ako elektromagnetická vlna. Pri stretnutí so štrbinou vlna prechádza štrbinou a rozdelí sa na dve čelné vlny, ktoré sa prekrývajú. V okamihu nárazu na obrazovku sa vlnové pole „zrúti“ do jedného bodu a stáva sa fotónom.