Aaltohiukkasten kaksinaisuus kuvaa fotonit ja subatomiset hiukkaset, jotta niillä olisi sekä aaltojen että hiukkasten ominaisuuksia. Aaltohiukkasten kaksinaisuus on tärkeä osa kvanttimekaniikkaa, koska se tarjoaa tavan selittää, miksi klassisessa mekaniikassa toimivat käsitteet "aalto" ja "hiukkaset" eivät kata kvantti esineet. Valon kaksoisluonne sai hyväksynnän vuoden 1905 jälkeen, kun Albert Einstein kuvasi valoa fotoneilla, jotka näytti hiukkasten ominaisuuksia ja esitteli sitten kuuluisan erikoissuhteellisuuteen liittyvän paperinsa, jossa valo toimi kentällä aaltojen.
Hiukkaset, jotka osoittavat aaltohiukkasten kaksinaisuutta
Aaltohiukkasten kaksinaisuus on osoitettu fotoneille (valo), alkuainehiukkasille, atomille ja molekyyleille. Suurempien hiukkasten, kuten molekyylien, aalto-ominaisuuksilla on kuitenkin erittäin lyhyet aallonpituudet, ja niitä on vaikea havaita ja mitata. Klassinen mekaniikka on yleensä riittävä kuvaamaan makroskooppisten kokonaisuuksien käyttäytymistä.
Todisteet aaltohiukkasten kaksinaisuudesta
Lukuisat kokeilut ovat vahvistaneet aaltohiukkasten kaksinaisuuden, mutta on olemassa muutamia erityisiä varhaisia kokeita, jotka päättivät keskustelun siitä, koostuuko valo joko aalloista vai hiukkasista:
Valosähkövaikutus - Kevyt käyttäytyy hiukkasina
valosähköinen ilmiö on ilmiö, jossa metallit emittoivat elektroneja valolle altistettuna. Käyttäytyminen fotoelektronit ei voitu selittää klassisella sähkömagneettisella teorialla. Heinrich Hertz totesi, että ultraviolettivalon loistava elektrodi paransi niiden kykyä tehdä sähköisiä kipinöitä (1887). Einstein (1905) selitti valosähkövaikutuksen, joka johtui erillisissä kvantisoiduissa paketeissa kuljetetusta valosta. Robert Millikanin kokeilu (1921) vahvisti Einsteinin kuvauksen ja johti siihen, että Einstein voitti Nobel-palkinnon vuonna 1921 "löytöstään lain valosähkötehoste "ja Millikan voitti Nobel-palkinnon vuonna 1923" työstään sähkön peruslatauksen ja valosähkön parissa " vaikutus".
Davisson-Germer-koe - Kevyt käyttäytyy kuin aallot
Davisson-Germer-kokeilu vahvisti deBroglie-hypoteesin ja toimi perustana kvanttimekaniikan muotoilulle. Kokeessa sovellettiin pääasiassa Braggin diffraktion lakia hiukkasiin. Kokeellinen tyhjiölaite mittasi kuumennetun lankalangan pinnalta sironneet elektronienergiat ja antoi niiden osua nikkelimetallipintaan. Elektronisuihkua voidaan kiertää mittaamaan kulman muutoksen vaikutus sironneisiin elektroniin. Tutkijat havaitsivat, että sironneen säteen voimakkuus saavutti huippunsa tietyissä kulmissa. Tämä osoitti aallon käyttäytymistä ja se voitiin selittää soveltamalla Bragg-lakia nikkelkiteiden hilaväliin.
Thomas Youngin kaksoisleikkauskoe
Youngin kaksoisrako-kokeilu voidaan selittää käyttämällä aaltohiukkasten kaksinaisuutta. Lähetetty valo siirtyy pois lähteestään sähkömagneettisena aallona. Saavuttuaan raon, aalto kulkee raon läpi ja jakaa kahteen aallonmuotoon, jotka ovat päällekkäin. Näyttöön kohdistuvan iskun hetkellä aaltokenttä "romahtaa" yhdeksi pisteeksi ja muuttuu fotoniksi.