Корпускулярно-волновой дуализм

Зарождение квантовых представлений принято связывать с исторической статьей М. Планка «К теории распределения энергии излучения в нормальном спектре», в которой он ввел в рассмотрение универсальную физическую постоянную h. Суть квантовой гипотезы М. Планка состояла в том, что любая энергия поглощается или испускается светом только дискретными порциями с энергией W, пропорциональной частоте ν излучаемой световой волны:

(1.1)

где – постоянная Планка, численно равная .

Используя квантовую гипотезу М. Планка для объяснения явлений фотоэффекта, А. Эйнштейн (1905 г.) предположил, что свет также состоит из отдельных квантов, которые впоследствии были названы фотонами и рассмотрены в качестве своеобразных микрочастиц.

Для объяснения структуры атома Н. Бор (1913 г.) предположил
существование стационарных энергетических состояний электрона в атомах, у которых энергия может принимать лишь ряд дискретных значений. Этот подход, развитый Зоммерфельдом и рядом других физиков, принято называть старой квантовой теорией, отличительной чертой которой является сочетание традиционных классических представлений и противоречащих им дополнительных квантовых пред­положений.

В 1923 году Луи де Бройль выдвинул гипотезу о двойственной природе вещества, основанную на том, что движение материальных частиц обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами. Л. де Бройль сопоставил движение микрочастицы с распространением некой волны, что получило экспериментальное подтверждение при исследовании дифракции электронов в кристаллах.

В 1927 году К. Дэвиссон и Л. Гермер демонстрируют дифракцию медленных электронов на кристаллах. При интерпретации угловой зависимости интенсивности отраженных электронов было показано её соответствие дифракции рентгеновских лучей. До принятия гипотезы де Бройля дифракция расценивалась как исключительно волновое явление, а любой дифракционный эффект – как волновой. Таким образом, гипотеза де Бройля была экспериментально подтверждена для случая микрочастиц (электрона). Этот факт стал поворотным моментом на пути дальнейшего становления как самой квантовой теории, так и развития фундаментальных представлений о физической природе материального мира.

Подобно тому как А. Комптон демонстрирует корпускулярную природу света, эксперимент Дэвиссона-Гермера подтвердил неразрывное «сосуществование» с микрочастицей её волновых представлений, т.е. присущность ей некой волновой природы. Подтверждение этой идеи для физики стало важным этапом, поскольку дало возможность не только характеризовать любую микрочастицу, присваивая ей определённую индивидуальную длину волны, но и полноправно используя её в виде объективного физического фактора в волновых представлениях эволюции состояния частиц.

Из вышеизложенного следует важный для последующего изложения вывод, что для всех физических объектов (в особенности это характерно для элементарных микрочастиц) экспериментально зафиксирован двойственный характер их поведения, что и получило название корпускулярно-волнового дуализма [1].