Dualiteit van golfdeeltjes beschrijft de eigenschappen van fotonen en subatomaire deeltjes om eigenschappen van zowel golven als deeltjes te vertonen. Dualiteit van golfdeeltjes is een belangrijk onderdeel van de kwantummechanica, omdat het een manier biedt om uit te leggen waarom concepten van "golf" en "deeltje", die werken in de klassieke mechanica, het gedrag van quantum voorwerpen. Het dubbele karakter van licht werd geaccepteerd na 1905, toen Albert Einstein licht beschreef in termen van fotonen, die vertoonde eigenschappen van deeltjes en presenteerde vervolgens zijn beroemde paper over speciale relativiteit, waarin licht als veld fungeerde van golven.
Deeltjes die dualiteit van golfdeeltjes vertonen
Dualiteit van golfdeeltjes is aangetoond voor fotonen (licht), elementaire deeltjes, atomen en moleculen. De golfeigenschappen van grotere deeltjes, zoals moleculen, hebben echter extreem korte golflengten en zijn moeilijk te detecteren en te meten. Klassieke mechanica is over het algemeen voldoende om het gedrag van macroscopische entiteiten te beschrijven.
Bewijs voor dualiteit van golfdeeltjes
Talrijke experimenten hebben de dualiteit van golfdeeltjes gevalideerd, maar er zijn een paar specifieke vroege experimenten die het debat over de vraag of licht uit golven of deeltjes bestaat, hebben beëindigd:
Foto-elektrisch effect - Licht gedraagt zich als deeltjes
De fotoëlektrisch effect is het fenomeen waarbij metalen bij blootstelling aan licht elektronen afgeven. Het gedrag van de foto-elektronen kon niet worden verklaard door de klassieke elektromagnetische theorie. Heinrich Hertz merkte op dat het schijnen van ultraviolet licht op elektroden hun vermogen verbeterde om elektrische vonken te maken (1887). Einstein (1905) legde het foto-elektrische effect uit als het resultaat van licht dat in discrete gekwantiseerde pakketten wordt gedragen. Het experiment van Robert Millikan (1921) bevestigde de beschrijving van Einstein en leidde ertoe dat Einstein in 1921 de Nobelprijs won voor 'zijn ontdekking van de wet van het foto-elektrisch effect "en Millikan won de Nobelprijs in 1923 voor" zijn werk aan de elementaire lading van elektriciteit en aan het foto-elektrisch effect".
Davisson-Germer-experiment - Licht gedraagt zich als golven
Het Davisson-Germer-experiment bevestigde de deBroglie-hypothese en diende als basis voor de formulering van de kwantummechanica. Het experiment paste in wezen de Bragg-wet van diffractie toe op deeltjes. Het experimentele vacuümapparaat mat de elektronenenergieën die verstrooid waren vanaf het oppervlak van een gloeidraad met verhitte draad en liet een nikkelmetaaloppervlak raken. De elektronenbundel kan worden gedraaid om het effect van het veranderen van de hoek op de verstrooide elektronen te meten. De onderzoekers ontdekten dat de intensiteit van de verstrooide bundel onder bepaalde hoeken piekte. Dit duidde op golfgedrag en kon worden verklaard door de Bragg-wet toe te passen op de nikkel-kristalroosterafstand.
Thomas Young's Double-Slit Experiment
Young's dubbele spleet-experiment kan worden verklaard met behulp van dualiteit van golfdeeltjes. Het uitgestraalde licht beweegt weg van zijn bron als een elektromagnetische golf. Bij het tegenkomen van een spleet, passeert de golf door de spleet en verdeelt zich in twee golffronten, die elkaar overlappen. Op het moment van inslag op het scherm "klapt" het golfveld in tot een enkel punt en wordt het een foton.