Τι έπεισε τους επιστήμονες ότι το φως είναι ένα σωματίδιο;

Δεν είναι αρκετά ακριβές να πούμε ότι οι επιστήμονες ήταν πεπεισμένοι ότι το φως είναι μόνο * ένα σωματίδιο. Η αλήθεια είναι πιο λεπτή:το φως παρουσιάζει τόσο κύμα όσο και συμπεριφορά που μοιάζει με σωματίδια. Αυτό είναι γνωστό ως δυαδικότητα κυμάτων-σωματιδίων , και είναι μια θεμελιώδη έννοια στην κβαντική μηχανική.

Ακολουθεί μια ανάλυση των βασικών ανακαλύψεων και παρατηρήσεων που οδήγησαν στην κατανόηση της διπλής φύσης του φωτός:

στοιχεία για το φως ως κύμα:

* Πείραμα διπλής σχισμής του Thomas Young (1801): Αυτό το πείραμα κατέδειξε ότι τα φωτεινά κύματα παρεμβαίνουν μεταξύ τους, δημιουργώντας μοτίβα φωτεινών και σκοτεινών ζωνών σε μια οθόνη. Αυτό το πρότυπο παρεμβολής είναι μια χαρακτηριστική συμπεριφορά των κυμάτων και δεν μπορεί να εξηγηθεί από μια καθαρά θεωρία σωματιδίων του φωτός.

* πόλωση του φωτός: Το φως μπορεί να είναι πολωμένο, πράγμα που σημαίνει ότι οι ταλαντώσεις του περιορίζονται σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο. Αυτή η συμπεριφορά είναι επίσης χαρακτηριστική των κυμάτων.

στοιχεία για το φως ως σωματίδιο:

* Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα (1905): Αυτό το αποτέλεσμα, που εξηγείται από τον Albert Einstein, έδειξε ότι το φως μπορεί να χτυπήσει ηλεκτρόνια από μια μεταλλική επιφάνεια. Η ενέργεια των εκτοξευόμενων ηλεκτρονίων εξαρτάται από τη συχνότητα του φωτός και όχι την έντασή του. Αυτό υποδηλώνει ότι η φωτεινή ενέργεια κβαντίστηκε, που σημαίνει ότι έρχεται σε διακριτά πακέτα που ονομάζονται φωτόνια.

* Το αποτέλεσμα Compton (1922): Ο Arthur Compton παρατήρησε ότι οι ακτίνες Χ διασκορπισμένες από τα ηλεκτρόνια χάνουν μέρος της ενέργειας τους. Αυτή η απώλεια ενέργειας μπορεί να εξηγηθεί υποθέτοντας ότι οι ακτίνες Χ αλληλεπιδρούν με τα ηλεκτρόνια ως σωματίδια (φωτόνια) και μεταφέροντας ενέργεια σε αυτά.

* ακτινοβολία μαύρου σώματος: Το φάσμα του φωτός που εκπέμπεται από ένα θερμαινόμενο αντικείμενο δεν μπορούσε να εξηγηθεί από την κλασσική φυσική, η οποία προέβλεψε ότι το αντικείμενο θα πρέπει να εκπέμπει άπειρη ενέργεια σε υψηλές συχνότητες. Η λύση του Max Planck ήταν να προτείνει την ποσοτικοποίηση της φωτεινής ενέργειας, η οποία εξήγησε με επιτυχία το παρατηρούμενο φάσμα.

Συμπέρασμα:

Τα στοιχεία υποδηλώνουν έντονα ότι το φως έχει ιδιότητες που μοιάζουν με κύμα και σωματίδια. Δεν πρόκειται για την επιλογή του ενός ή του άλλου, αλλά μάλλον αναγνωρίζοντας ότι το φως συμπεριφέρεται διαφορετικά σε διαφορετικές καταστάσεις. Αυτή η κατανόηση επανάσταση στην κατανόησή μας για το φως και άνοιξε το δρόμο για την κβαντική μηχανική, μια θεωρία που διέπει τη συμπεριφορά της ύλης και της ενέργειας σε ατομικό και υποατομικό επίπεδο.