DUALIZM KORPUSKULARNO-FALOWY ŚWIATŁA

Na przełomie XIX i XX wieku fizyka i badania w zakresie jej wiedzy stawały się coraz bardziej owocne, a wyniki coraz bardziej zaskakujące. Na pewno do ciekawszych należy sposób traktowania natury mikroobiektów.
W wieku XIX pewne obiekty fizyczne traktowano jako cząstki (korpuskuły). Do takich należały atomy, czy znane już stałe składniki atomów - elektrony. Innym zjawiskom przypisywano naturę falową. Do nich zaliczano promieniowanie elektromagnetyczne. Zastanawiano się, czy promieniowanie elektromagnetyczne ma naturę falową, czy cząsteczkową (korpuskularną). Nikt jednak nie dopuszczał pozornie bezsensownej możliwości, że mieć ono zarówno naturę falową, jak i korpuskularną. Tymczasem wyniki wielu doświadczeń zmusiły fizyków do uznania zdumiewającego faktu, że promieniowanie elektromagnetyczne zachowuje się i jak fale i jak cząstki. Ponadto wykryto, że mikroobiekty, które wydawały się mieć tylko naturę korpuskularną, wykazują również naturę falową. Co więcej, okazało się, że dla wyjaśnienia najprostszych własności tych mikroobiektów uwzględnienie obu tych natur (równocześnie i falowej i korpuskularnej) jest niezbędne. Bez tego nie bylibyśmy w stanie zrozumieć, ani jak atomy są zbudowane, ani jak łączą się w większe układy.
Bez uwzględnienia równocześnie i falowej i korpuskularnej natury światła nie bylibyśmy w stanie opisać tak powszechnych efektów, jak zjawisko fotochemiczne, które zachodzi w procesie asymilacji, a więc jest podstawą życia na Ziemi. Konieczność brania pod uwagę równocześnie i falowej i korpuskularnej natury mikroobiektów nazywamy dualizmem korpuskularno-falowym.

Wykonując doświadczenie ze zwierciadłami Fresnela, wykazujemy, iż światło ulega interferencji, a więc ma naturę falową.
Przykład: musimy mieć dwa źródła światła położone w odpowiedniej odległości od siebie. Fale wychodzące z tych źródeł nakładając się powinny dać na przemian obszary, w których fala ma dużą amplitudę (jest jasno) i obszary, w których fala ma małą amplitudę (jest ciemno). Miejsce o dużej amplitudzie, czyli miejsce, gdzie nakładają się fale, jest obszarem interferencji.

Jeżeli światło ma naturę falową, powinno dla niego występować nie tylko zjawisko interferencji, ale i również dyfrakcji:

W doświadczeniu powyższym, zaobserwujemy, iż jeżeli szczelina jest szeroka, na ekranie dostajemy plamkę o rozmiarach kilku milimetrów. Przy zmniejszaniu szerokości szczeliny rozmiar tej plamki początkowo maleje (zgodnie z prawami optyki geometrycznej). Po osiągnięciu jednak pewnej "granicznej" szerokości szczeliny sytuacja się zmienia i zmniejszanie szerokości szczeliny powoduje zwiększanie się szerokości plamki świetlnej na ekranie. Następnie pojawia się charakterystyczna struktura obrazu - w środku jest prążek jasny a po bokach w równych odległościach prążki o mniejszej jasności, podzielone obszarami nie oświetlonymi.
Wykonując podobne doświadczenie z wiązką światła przepuszczonym przez akwarium z wodą, otrzymujemy podobny przebieg, gdzie wnioskować łatwo, iż każdy rozpraszający obiekt staje się źródłem nowej kulistej fali świetlnej. A zatem powinien być widoczny, jako punktowe źródło światła.

Jak wynika z powyższych doświadczeń, falowe właściwości światła są jasne i wydawałoby się, jedyne. Natomiast jak wyjaśnić zachowanie się fali w innym z przypadków, kiedy to poznano zjawisko fotochemiczne i zastosowano je w technice fotograficznej. Tutaj wiadomo, że niektóre reakcje chemiczne zaczynają przebiegać pod wpływem oświetlania światłem widzialnym. W szczególności w fotografii czarnbo-białej wykorzystuje się fakt, że pod wpływem oświetlenia następuje rozpad cząsteczki bromku srebra na metaliczne srebro i wolny brom. Im silniejsze światło pada na kliszę fotograficzną, tym średnio więcej ziaren emulsji ulega zaczernieniu.
Jeżeli kliszę naświetlimy równomiernie światłem słonecznym pochodzącym z rzeczywistego obrazu jakiegoś obiektu, foton padający na kliszę nie będzie padał jednakowo. Większe prawdopodobieństwo jest go znaleźć tam gdzie jest jasno a mniejsze, tam gdzie jest ciemno. W procesie fotochemicznym określona cząsteczka uzyskuje od światła określoną porcje energii. Łatwo to zrozumieć, jeżeli tą cząsteczkę przyniosła cząsteczka - foton. Trudno natomiast wyobrazić sobie, jak takie przekazywanie energii porcjami miałoby odbywać się w przypadku fali, w której energie pola elektrycznego i magnetycznego są rozmyte na dużych obszarach przestrzeni.
Podsumowując, przebieg zjawiska fotochemicznego bardzo łatwo opisać w języku korpuskularnym, nie bardzo wiadomo, natomiast, jak należałoby je opisywać w języku falowym.

Ta osobliwość wynikająca z wielowłaściwości natury światła, nie pozwala w sporze jednoznacznie stwierdzić czy światło to fale, czy cząstki, bo jak wynika z powyższego, jedne i drugie dowody pozostają w mocy.

---