Диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения. Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов и нейтронов.

Корпускулярно-волновой дуализм. Излучение черного тела, фотоэффект, эффект Комптона - служат доказательством квантовых (корпускулярных) представлении о свете. С другой стороны, интерференция, дифракция и поляризация света убедительно подтверждают волновую (электромагнитную) природу света. Наконец, давление и преломление света объясняются как волновой так и квантовой теориями. Таким образом, электромагнитное излучение обнаруживает удивительное единство, казалось бы, взаимоисключающих свойств - непрерывных (волны) и дискретных (фотоны), которые взаимно дополняют друг друга. Основные уравнения, связывающие корпускулярные свойства электромагнитного излучения (энергия и импульс фотона) с волновыми свойствами (частота или длина волны):

 Чем больше длина волны, тем меньше энергия и импульс фотона и тем труднее обнаруживаются квантовые свойства света (с этим связано, например, существование красной границы фотоэффекта). Наоборот, чем меньше длина волны, тем больше энергия и импульс фотона и тем труднее обнаруживаются волновые свойства света (например, волновые свойства (дифракция) рентгеновского излучения обнаружены лишь после применения в качестве дифракционной решетки кристаллов).

Дифракция электронов – пучок электронов, рассеивающийся от естественной дифракционной решетки – кристалла никеля – дает отчетливую дифракционную картину. Волновые свойства присущи не только потоку большой совокупности электронов, но и каждому электрону в отдельности. Доказано В.А. Фабрикантом, он показал, что дифракционная картина не изменяется даже в случае слабого электронного пучка, когда каждый электрон проходит через прибор независимо от других.

Волновые свойства частиц не являются свойством их коллектива, а присущи каждой частице в отдельности. Также это явление было обнаружено и для нейтронов.

Согласно гипотезе де Бройля каждая движущаяся материальная частица обладает волновыми свойствами, причем соотношения, связывающие волновые и корпускулярные характеристики частицы остаются такими же, как и в случае электромагнитного излучения. Напомним, что энергия Е и импульсР фотона связаны с круговой частотой  и длиной волны   соотношениями:

По гипотезе де Бройля  любой движущейся частице (в том числе протон, нейтрон и электрон), обладающей энергией Е и импульсомР, соответствует волновой процесс, частота которого равнаа длина волны

При распространении света проявляются его волновые свойства (интерференция, дифракция, поляризация), а при взаимодействии с веществом – корпускулярные (фотоэффект). Эта двойственная природа света получила название корпускулярно-волнового дуализма.