Dualiteit van golfdeeltjes - definitie

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 te verklaren waarom concepten van "golf" en "deeltje", die in de klassieke mechanica werken, het gedrag van kwantumobjecten niet dekken. Het tweeledige karakter van licht werd na 1905 geaccepteerd, toen Albert Einstein licht beschreef in termen van fotonen, die eigenschappen van deeltjes vertoonden, en vervolgens zijn beroemde papier presenteerde over speciale relativiteitstheorie, waarin licht fungeerde als een veld 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 hebben beëindigd over de vraag of licht uit golven of deeltjes bestaat:

Foto-elektrisch effect - Gedrag van licht als deeltjes

Het foto-elektrisch effect is het fenomeen waarbij metalen elektronen uitzenden wanneer ze worden blootgesteld aan licht. Het gedrag van de foto-elektronen kon niet worden verklaard door de klassieke elektromagnetische theorie. Heinrich Hertz merkte op dat stralend ultraviolet licht op elektroden hun vermogen om elektrische vonken te maken verbeterde (1887). Einstein (1905) verklaarde het foto-elektrisch effect als het resultaat van licht dat in discrete gekwantiseerde pakketten werd 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 de Nobelprijs in 1923 voor "zijn werk over de elementaire lading van elektriciteit en op het foto-elektrisch effect ".

Davisson-Germer Experiment - Lichtgedrag als golven

Het Davisson-Germer-experiment bevestigde de deBroglie-hypothese en diende als basis voor de formulering van kwantummechanica. Het experiment paste in wezen de Bragg-diffractiewet toe op deeltjes. Het experimentele vacuümapparaat mat de elektronenenergieën verstrooid vanaf het oppervlak van een verhitte draadgloeidraad en liet een nikkelmetaaloppervlak raken. De elektronenstraal kan worden geroteerd om het effect te meten van het veranderen van de hoek op de verstrooide elektronen. De onderzoekers ontdekten dat de intensiteit van de verstrooide straal een piek bereikte onder bepaalde hoeken. Dit duidde golfgedrag aan en kon worden verklaard door de Bragg-wet toe te passen op de nikkelkristalroosterafstand.

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 impact op het scherm "zakt" het golfveld ineen in een enkel punt en wordt het een foton.