Dualitas gelombang-partikel menjelaskan sifat foton dan partikel subatom untuk menunjukkan sifat gelombang dan partikel. Dualitas gelombang-partikel adalah bagian penting dari mekanika kuantum, karena menawarkan cara untuk menjelaskan mengapa konsep “gelombang” dan “partikel”, yang berlaku dalam mekanika klasik, tidak mencakup perilaku objek kuantum . Sifat ganda cahaya diterima setelah tahun 1905, ketika Albert Einstein menjelaskan cahaya dalam terminologi foton, yang memperlihatkan sifat-sifat partikel, dan kemudian mempresentasikan makalahnya yang terkenal tentang relativitas khusus, di mana cahaya berperan sebagai medan gelombang cahaya.
Partikel yang menunjukkan dualitas gelombang-partikel
Dualitas gelombang-partikel telah didemonstrasikan untuk foton (cahaya), partikel elementer, atom, dan molekul. Namun, sifat gelombang dari partikel yang lebih besar, seperti molekul, memiliki panjang gelombang yang sangat pendek dan sulit untuk dideteksi dan diukur. Mekanika klasik umumnya cukup untuk menggambarkan perilaku entitas makroskopik.
Bukti dualitas gelombang-partikel
Sejumlah eksperimen telah memvalidasi dualitas gelombang-partikel, tetapi ada beberapa eksperimen awal khusus yang mengakhiri perdebatan tentang apakah cahaya terdiri dari gelombang atau partikel:
Efek fotolistrik: cahaya berperilaku seperti partikel
Efek fotolistrik adalah fenomena di mana logam memancarkan elektron ketika terkena cahaya. Perilaku fotoelektron tidak dapat dijelaskan dengan teori elektromagnetik klasik. Heinrich Hertz mencatat bahwa sinar ultraviolet terang pada elektroda meningkatkan kemampuannya untuk menghasilkan percikan listrik (1887). Einstein (1905) menjelaskan efek fotolistrik sebagai akibat dari cahaya yang dibawa dalam paket-paket terkuantisasi diskrit.Eksperimen Robert Millikan (1921) mengkonfirmasi deskripsi Einstein dan menyebabkan Einstein memenangkan Hadiah Nobel pada tahun 1921 untuk “penemuannya tentang hukum efek fotolistrik” dan Millikan memenangkan Hadiah Nobel pada tahun 1923 untuk “pekerjaannya tentang muatan dasar listrik dan pada efek fotolistrik”.
Eksperimen Davisson-Germer: cahaya berperilaku seperti gelombang
Eksperimen Davisson-Germer mengkonfirmasi hipotesis deBroglie dan menjadi dasar perumusan mekanika kuantum. Eksperimen ini pada dasarnya menerapkan hukum difraksi Bragg pada partikel. Peralatan vakum eksperimental mengukur energi elektron yang dihamburkan dari permukaan filamen kawat yang dipanaskan dan membiarkannya mengenai permukaan logam nikel. Berkas elektron dapat diputar untuk mengukur efek perubahan sudut elektron yang tersebar. Para peneliti menemukan bahwa intensitas sinar yang tersebar memuncak pada sudut tertentu. Ini menunjukkan perilaku gelombang dan dapat dijelaskan dengan menerapkan hukum Bragg pada jarak kisi kristal nikel.
Eksperimen celah ganda Thomas Young
Eksperimen celah ganda Young dapat dijelaskan dengan menggunakan dualitas gelombang-partikel. Cahaya yang dipancarkan bergerak menjauh dari sumbernya sebagai gelombang elektromagnetik. Saat bertemu celah, gelombang melewati celah dan terbagi menjadi dua muka gelombang, yang tumpang tindih. Pada saat tumbukan pada layar, bidang gelombang “runtuh” menjadi satu titik dan menjadi foton.
