Vågpartikeldualitet beskriver egenskaperna hos fotoner och subatomära partiklar för att uppvisa egenskaper hos både vågor och partiklar. Vågpartikeldualitet är en viktig del av kvantmekaniken eftersom den erbjuder ett sätt att förklara varför begrepp "våg" och "partikel", som fungerar inom klassisk mekanik, inte täcker beteendet hos kvant objekt. Ljusens dubbla natur fick acceptans efter 1905, då Albert Einstein beskrev ljus i form av fotoner, vilket visade upp partiklarnas egenskaper och presenterade sedan sitt berömda papper om speciell relativitet, där ljus fungerade som ett fält av vågor.
Partiklar som uppvisar vågpartikeldualitet
Vågpartikeldualitet har visats för fotoner (ljus), elementära partiklar, atomer och molekyler. Emellertid har vågegenskaperna hos större partiklar, såsom molekyler, extremt korta våglängder och är svåra att upptäcka och mäta. Klassisk mekanik är i allmänhet tillräcklig för att beskriva beteendet hos makroskopiska enheter.
Bevis för vågpartikeldualitet
Många experiment har validerat vågpartikeldualitet, men det finns några specifika tidiga experiment som slutade debatten om huruvida ljus består av antingen vågor eller partiklar:
Fotoelektrisk effekt - Ljus uppstår som partiklar
De fotoelektrisk effekt är fenomenet där metaller avger elektroner när de utsätts för ljus. Uppförandet av fotoelektronerna kunde inte förklaras med klassisk elektromagnetisk teori. Heinrich Hertz noterade att lysande ultraviolett ljus på elektroder förbättrade deras förmåga att göra elektriska gnistor (1887). Einstein (1905) förklarade den fotoelektriska effekten som följd av ljus som transporterats i diskreta kvantiserade paket. Robert Millikans experiment (1921) bekräftade Einsteins beskrivning och ledde till att Einstein vann Nobelpriset 1921 för "hans upptäckt av lagen om den fotoelektriska effekten "och Millikan vann Nobelpriset 1923 för" hans arbete med den elektriska laddningen och på den fotoelektriska effekt".
Davisson-Germer Experiment - Light Behaves as Waves
Davisson-Germer-experimentet bekräftade deBroglie-hypotesen och fungerade som en grund för formuleringen av kvantmekanik. Experimentet tillämpade i huvudsak Bragg-diffraktionslagen på partiklar. Den experimentella vakuumapparaten mätte elektronenergierna spridda från ytan på en uppvärmd trådtråd och fick slå en nickelmetallyta. Elektronstrålen kan roteras för att mäta effekten av att ändra vinkeln på de spridda elektronerna. Forskarna fann att den spridda strålens intensitet toppade vid vissa vinklar. Detta indikerade vågbeteende och kunde förklaras genom att tillämpa Bragg-lagen på nickelkristallgitteravståndet.
Thomas Youngs dubbelslitsexperiment
Youngs dubbelslitsexperiment kan förklaras med hjälp av vågpartikeldualitet. Utsläppt ljus rör sig från sin källa som en elektromagnetisk våg. När man möter en slits passerar vågen genom slitsen och delar upp i två vågfronter, som överlappar varandra. I det ögonblick som påverkan på skärmen "kollapsar" vågfältet till en enda punkt och blir en foton.