Brontekst bekijken van Dualiteit van golven en deeltjes

[[Bestand:Wave particle duality p known.svg|miniatuur|Schematische weergave van een golfbeweging en een bewegend deeltje]]
De '''dualiteit van golven en deeltjes''' is een beginsel van de [[kwantummechanica]] dat zegt dat alle deeltjes zich onder bepaalde omstandigheden als golven gedragen en alle golven zich onder bepaalde omstandigheden als een stroom deeltjes gedragen.

Het begon allemaal met de vraag of [[licht]] nu eigenlijk een [[Golf (natuurkunde)|golf]] of een stroom [[deeltje]]s is.

== Geschiedenis ==
[[Christiaan Huygens]] is vooral bekend geworden met zijn [[Golf (natuurkunde)|golftheorie]] van het [[licht]] (1678) in zijn ''Traité de la lumière'' (1690) (zie ook [[Principe van Huygens]]). De latere theorie van [[Isaac Newton]] (°1643-1727) in zijn ''Opticks'' ging hier tegenin: hij verklaarde [[reflectie (straling)|weerkaatsing]] en [[Lichtbreking|breking]] van licht juist met lichtdeeltjes. De experimenten van [[Thomas Young (wetenschapper)|Thomas Young]] met [[interferentie (natuurkunde)|interferentie]] in [[1801]] konden niet met deeltjes worden verklaard, maar wel met Huygens' golftheorie, zodat Newtons lichttheorie werd verworpen.

Een andere aanwijzing dat licht bestond uit golven kwam in 1873 vanuit Maxwells theorie over [[elektromagnetisme]]. In deze theorie opperde [[James Clerk Maxwell]] het bestaan van [[elektromagnetische golven]]. Maxwell berekende wat de snelheid van deze elektromagnetische golven moest zijn. Deze bleek gelijk te zijn aan de snelheid van het licht, wat deed vermoeden dat licht uit elektromagnetische golven bestond. Later werd in 1886 door [[Heinrich Hertz]] experimenteel aangetoond dat elektromagnetische golven echt bestaan. Heinrich Hertz toonde hierbij ook aan dat lichtgolven en elektromagnetische golven vergelijkbaar gedrag vertonen.

In navolging van Christiaan Huygens en Maxwell dachten de fysici daarom dat licht een golfverschijnsel was, maar in [[1905]] leek [[Albert Einstein]]s theorie voor het [[foto-elektrisch effect]] erop te wijzen, dat het toch deeltjes betrof.

== Principe ==
Tegenwoordig weten we dat licht, en ook materiedeeltjes zoals [[elektron]]en, zich in sommige opzichten gedragen als deeltjes (in de zin van precies gelokaliseerde, afgemeten dingetjes) en in sommige opzichten als een golf. Elk deeltje voldoet immers aan de [[schrödingervergelijking]], die een [[golfvergelijking]] voorstelt.

[[Bestand:Doubleslitexperiment.svg|thumb|300px|Experiment met twee spleten waarbij elektronen ("deeltjes") een interferentiepatroon ("golfverschijnsel") laten zien. Bijzonderheid: wanneer de elektronen één voor één achter elkaar door de spleet gaan ontstaat het patroon eveneens.]]

Een deeltje met [[impuls (natuurkunde)|impuls]] '''p''' en [[energie]] E gedraagt zich bij diffractie en interferentie als een golf met [[golfvector]] '''k''' en [[Pulsatie (elektriciteit)|pulsatie]] ω. Een golfverschijnsel met golfvector '''k''' en pulsatie ω gedraagt zich bij wisselwerkingen als een stroom deeltjes met impuls '''p''' en energie <var>E</var>.

:<math> p = \hbar k \,</math>
:<math> E = \hbar \omega \,</math>

waarin <math>\hbar</math> de [[constante van Dirac]] voorstelt. In het eendimensionale geval schrijven elementaire leerboeken dit meestal in functie van de [[golflengte]] λ en de [[frequentie]] ν

:<math> p = \frac{h}{\lambda} \,</math>
:<math> E = h \nu \,</math>

waarin h de [[constante van Planck]] voorstelt.

* de ''beweging'' wordt het best beschreven met de [[golfmechanica]], die voorspellingen doet van de kans om een deeltje op verschillende plaatsen aan te treffen
* ''emissie en absorptie'' gaat per afgemeten hoeveelheid [[kwantum]] – typisch voor deeltjes
* ook de ''hoeveelheid'' van iets vertoont een deeltjeskarakter: ladingen zijn altijd een geheel [[veelvoud (wiskunde)|veelvoud]] van (een derde van) de lading van een [[elektron]]; de [[energie]] van een [[monochroom|monochrome]] lichtstraal is een geheel veelvoud van de energie van één [[foton]] van die golflengte.

== Toepassing ==
Het golf-deeltje-[[dualisme]] is een van de eerste merkwaardige dingen die men tegenkomt in de [[kwantummechanica]]. Het betekent dat eenvoudige, alledaagse beelden zoals de biljartbal (voor een deeltje) of de watergolf (voor een golfverschijnsel) tekortschieten: wat er in werkelijkheid is, is noch zo een golf, noch zo een deeltje, maar iets waarvoor we beide beelden soms kunnen gebruiken. De volledige, wiskundige beschrijving uit de kwantummechanica laat in het midden wat er precies is.

De [[snaartheorie]] heeft een alternatieve uitleg, waarbij het golf- dan wel deeltjesgedrag direct uit de theorie af te leiden is. De snaartheorie is eigenlijk nog een hypothese, hoewel mathematische modellen doen vermoeden dat ze goed te gebruiken is om kwantumfysische processen te beschrijven en voorspellen.

[[Categorie:Kwantummechanica]]
[[Categorie:Albert Einstein]]