Na poprzedniej stronie dowiedzieliśmy się, że światło posiada naturę dualną. Jest ono zarówno falą, jak i cząsteczką. Własność taka jest niewątpliwie bardzo dziwna. Jednak jeszcze dziwniejszą teorię stworzył w 1924 roku francuski naukowiec Louis de Broglie. Stwierdził on bowiem, iż jeżeli światło można czasami opisywać jako cząsteczkę, to być może również materię można czasami traktować jak falę.
Zasugerował on, że z poruszającą się cząsteczką związana jest fala. Długość tej fali jak twierdził równa jest:
cząsteczki, v - prędkość cząsteczki. Mamy więc następujące wyrażenie na długość fali:
Z równania tego wynika, że cząsteczka o mniejszej prędkości i mniejszej masie ma większą długość fali. Rozpatrzmy dwa przykłady:
1) Wyobraźmy sobie basebolowa piłkę, która ma masę 0,14 kg, rzuconą przez miotacza z prędkością 40 m/s. Po podstawieniu tych danych do wzoru, długość fali wynosi: 1,2*10-34 m. Jest to bardzo mało, tak mało, że obserwacja tego zjawiska nawet przy wykorzystaniu najnowszych technik nie jest możliwa.
2) Z drugiej strony elektron poruszający się z prędkością 40 m/s ma długość fali równą 1,8*10-5 m. Takie fale można obserwować.
Teoria de Broglie'a została sprawdzona doświadczalnie na przełomie 1926 i 1927 roku. Dokonali tego niezależnie od siebie Clinton Joseph Davisson i George Paget Thomson (syn odkrywcy elektronu).
Clinton Davisson i Laster Germer puszczali wiązkę elektronów na kryształ niklu co wywoływało wtórną emisję elektronów z kryształu. Liczbę elektronów wysyłanych w różnych kierunkach określano za pomocą kolektora - płytki metalowej, która zbierała padający na nią elektrony. Kolektor można było obracać dookoła kryształu. Przez przypadek doszło do utlenienia jednej z tarcz niklu. Ogrzano ją więc, aby usunąć powstałą warstwę tlenku niklu. Następnie dokonywano doświadczeń z tą tarczą. Okazało się, że wyniki tych doświadczeń były zupełnie inne niż wcześniejszych. Sposób oczyszczania tarczy spowodował, iż zmieniła się ona w duży monokryształ. Elektrony z takiej tarczy były emitowane we wszystkich kierunkach, jednak pod pewnymi kątami obserwowano zwiększoną emisję. Jeżeli elektrony miałyby rzeczywiście naturę falową to podlegałyby one podobnie jak wiązka światła dyfrakcji. I rzeczywiście to właśnie przejaw dyfrakcji elektronów zaobserwowali Davisson i Germer.
Równolegle z pracami Davissona i Germera, George Paget Thomson (syn J.J. Thomsona) przeprowadzał inne doświadczenie, w którym także potwierdził falową strukturę elektronów. Wiązka elektronów o dużej prędkości była kierowana na bardzo cienką metalową folię (grubość folii wynosiła 10-5 cm ). Elektrony przechodziły przez folię i w czasie przechodzenia następowała ich dyfrakcja. Na ekranie ustawionym za folią Thomson zaobserwował pierścienie dyfrakcyjne.
Dwa powyższe doświadczenia były najważniejszymi doświadczeniami potwierdzającymi falową naturę elektronu. Oprócz nich przeprowadzono wiele innych. Hipoteza de Broglie'a została dowiedziona.
Mamy więc podobną sytuację jak ze światłem. Materia również przejawia dwie natury - korpuskularną i falową. W żadnym eksperymencie nie obserwujemy obu tych charakterów jednocześnie. Niekiedy materia objawia się jako fala, kiedy indziej jako cząsteczka. Żeby ją zrozumieć, musimy brać pod uwagę oba jej charaktery. Ani teoria cząsteczkowa, ani falowa, rozpatrywane osobno nie są prawidłowe. Dopiero po ich połączeniu dostajemy pełną, właściwą teorię materii.
Na koniec zwróćmy uwagę na wspaniałą symetrię przyrody. Zarówno światło i materia mają podwójną naturę - falowo-korpuskularną.
ATOM THOMSONA I ATOM RUTHERFORDA