Vad det är
Våg–partikeldualism betyder att samma objekt, ljus eller en elektron, ger resultat som en våg i vissa försök och som en partikel i andra. Ingen av de klassiska bilderna räcker ensam.
För ljus:
- Våg: ljus som går genom två smala spalter ger ett mönster av ljusa och mörka band, interferens, se dubbelspalt.
- Partikel: i den fotoelektriska effekten tas ljuset upp i paket, fotoner, med energin E = hf, se foton.
För materia gäller det omvända. Partiklar har en våglängd, de Broglies hypotes: λ = h/p = h/(mv), se de Broglies våglängd.
- Elektron, 1,0 · 10⁶ m/s. Med elektronmassan 9,1093837 · 10⁻³¹ kg och h = 6,62607015 · 10⁻³⁴ J·s blir λ ≈ 7,27 · 10⁻¹⁰ m, ungefär 0,73 nm. Det är i samma storleksordning som avståndet mellan atomer i en kristall, och därför ger elektroner interferensmönster mot kristaller.
- En baseboll, 0,145 kg i 40 m/s. p = 5,8 kg·m/s och λ ≈ 1,1 · 10⁻³⁴ m. Så liten våglängd går inte att märka på något försök.
Det som inte är dualism:
- “Ibland våg, ibland partikel efter humör.” Det är samma objekt; det är försöket som avgör vilken sida som syns.
- Klassiska vattenvågor. De är ett medium som rör sig, inte en sannolikhetsfördelning för en partikel.
Varför det spelar roll
Dualismen är ingången till kvantfysiken. Eftersom en partikel har en våglängd kan man inte ange både position och rörelsemängd exakt, se Heisenbergs osäkerhetsprincip. En partikel som sitter fast i en låda får bara vissa våglängder och därmed bara vissa energier, se partikel i låda. Elektronmikroskopet bygger på att elektronvågor har mycket kortare våglängd än synligt ljus, och därför ser mer detaljer.
Vanliga missuppfattningar
- “Bara ljus har dualism.” Elektroner, atomer och molekyler har det också; vi märker det bara inte hos stora föremål eftersom λ = h/p är så liten.
- “Våglängden hos en elektron betyder att elektronen är utsmetad som en vattenvåg.” Varje elektron registreras som en prick på en detektor; mönstret byggs upp av många elektroner.
- “Fotoner är små bollar som ligger i en våg.” Både våg- och partikelbilden är modeller; ingen av dem är hela beskrivningen.
Vanliga frågor
Vad är de Broglies hypotes?
Att varje partikel med rörelsemängden p har en våglängd λ = h/p. Den bekräftades av elektroner som gav interferens mot kristaller.
Varför ser man inte att en boll är en våg?
Dess våglängd är omkring 10⁻³⁴ m, mycket mindre än en atomkärna, och inget försök kan märka den.
Vilka försök visar vågnaturen och partikelnaturen?
Interferens och diffraktion visar våg. Fotoelektrisk effekt och Comptonspridning visar partikel, se Comptonspridning.