Wellen-Teilchen-Dualität - Definition

Die Welle-Teilchen-Dualität beschreibt die Eigenschaften von Photonen und subatomaren Teilchen, um Eigenschaften sowohl von Wellen als auch von Teilchen zu zeigen. Die Welle-Teilchen-Dualität ist ein wichtiger Bestandteil der Quantenmechanik, da hiermit erklärt werden kann, warum Konzepte von "Welle" und "Teilchen", die in der klassischen Mechanik funktionieren, das Verhalten von Quantenobjekten nicht abdecken. Die duale Natur des Lichts setzte sich nach 1905 durch, als Albert Einstein Licht in Form von Photonen beschrieb, die Eigenschaften von Partikeln zeigten, und dann seine berühmte Arbeit über die spezielle Relativitätstheorie vorstellte, in der Licht als Wellenfeld wirkte.

Teilchen, die Wellen-Teilchen-Dualität aufweisen

Die Welle-Teilchen-Dualität wurde für Photonen (Licht), Elementarteilchen, Atome und Moleküle nachgewiesen. Die Welleneigenschaften größerer Partikel wie Moleküle haben jedoch extrem kurze Wellenlängen und sind schwer zu erfassen und zu messen. Die klassische Mechanik reicht im Allgemeinen aus, um das Verhalten makroskopischer Entitäten zu beschreiben.

Beweis für die Welle-Teilchen-Dualität

Zahlreiche Experimente haben die Welle-Teilchen-Dualität bestätigt, aber es gibt einige spezifische frühe Experimente, die die Debatte darüber beendet haben, ob Licht entweder aus Wellen oder aus Teilchen besteht:

Photoelektrischer Effekt - Licht verhält sich wie Partikel

Der photoelektrische Effekt ist das Phänomen, bei dem Metalle Elektronen abgeben, wenn sie Licht ausgesetzt werden. Das Verhalten der Photoelektronen konnte mit der klassischen elektromagnetischen Theorie nicht erklärt werden. Heinrich Hertz stellte fest, dass das Bestrahlen von Elektroden mit ultraviolettem Licht ihre Fähigkeit zur Erzeugung elektrischer Funken verbesserte (1887). Einstein (1905) erklärte den photoelektrischen Effekt als Ergebnis von Licht in diskreten quantisierten Paketen. Robert Millikans Experiment (1921) bestätigte Einsteins Beschreibung und führte dazu, dass Einstein 1921 den Nobelpreis für "seine Entdeckung des Gesetzes des photoelektrischen Effekts" und Millikan 1923 den Nobelpreis für "seine Arbeit über die Grundladung von Elektrizität und Elektrizität" erhielt auf den photoelektrischen Effekt ".

Davisson-Germer-Experiment - Licht verhält sich wie Wellen

Das Davisson-Germer-Experiment bestätigte die deBroglie-Hypothese und diente als Grundlage für die Formulierung der Quantenmechanik. Das Experiment wandte im Wesentlichen das Braggsche Beugungsgesetz auf Partikel an. Die experimentelle Vakuumapparatur maß die Elektronenenergien, die von der Oberfläche eines erhitzten Drahtfilaments gestreut wurden, und ließ es auf eine Nickelmetalloberfläche auftreffen. Der Elektronenstrahl könnte gedreht werden, um den Effekt der Änderung des Winkels auf die gestreuten Elektronen zu messen. Die Forscher fanden heraus, dass die Intensität des gestreuten Strahls in bestimmten Winkeln ihren Höhepunkt erreichte. Dies deutete auf ein Wellenverhalten hin und konnte durch Anwendung des Bragg-Gesetzes auf den Nickelkristallgitterabstand erklärt werden.

Thomas Youngs Doppelspaltexperiment

Das Doppelspaltexperiment von Young kann mit der Welle-Teilchen-Dualität erklärt werden. Das emittierte Licht bewegt sich als elektromagnetische Welle von seiner Quelle weg. Beim Auftreffen auf einen Spalt durchläuft die Welle den Spalt und teilt sich in zwei Wellenfronten, die sich überlappen. Beim Auftreffen auf den Bildschirm "kollabiert" das Wellenfeld zu einem einzigen Punkt und wird zu einem Photon.