Valguse dualism ja dualismiprintsiip looduses

Kuni elektromagnetlainete avastamiseni 19. sajandil valitses füüsikute-loodusteadlaste hulgas Newtoni poolt sõnastatud arusaamine, et valgus on eriliste valgusosakeste – korpusklite – voog. Kui 19. sajandil avastati elektromagnetlained, sobisid need hästi selgitama kõiki tuntud valgusnähtusi, mistõttu loobuti üsna kergelt Newtoni korpuskulaarteooriast laineteooria kasuks.

19. saj. lõpus 20. saj. alguses tekkis vajadus kirjeldada erineva temperatuuriga kehade valguse kiirgumist (ja neeldumist) ning avastati, et laetud metallkeha ümbruses tekib elektrisäde lihtsamalt, kui seda mingi kindlat värvi valgusega valgustada. Nende nähtuste uurimise käigus avastatut ei osatud kuidagi laineteooria abil selgitada.

1900. aastal püstitas Max Planck hüpoteesi, et kuumad kehad ei kiirga valgust mitte pidevalt, vaid üksikute portsjonite – kvantide – kaupa. Selline lähenemine võimaldas statistiliselt täpselt kirjeldada nii erineva temperatuuriga kehade poolt kiiratava valguse värvust (sõltuvust lainepikkusest) kui ka intensiivsust (kiiratava valguse energiat).

Seoses mitmete kvantnähtuste avastamisega kerkis teadlastel taas üles küsimus – kumb siis valgus ikkagi on, kas osakeste voog või laine.

1924. aastal lahendas prantsuse füüsik Louis de Broglie’ selle probleemi elegantselt väites, et igasuguse liikuva kehaga saab siduda erilise laine – mateerialaine (ka tõenäosuslaine, leiulaine), mille lainepikkus on pöördvõrdeline selle keha liikumishulgaga (impulsiga):

fuusika99

kus λ – mateerialaine lainepikkus, h = 6,63∙10-34Js – Plancki konstant ja p =mv – liikuva keha liikumishulk ehk impulss (kus m – keha mass, v – keha kiirus)

Seega on valgusel dualistlik iseloom: teda tuleb teatud olukordades (kui kirjeldame valgust makrotasandil – valguse levimisega seotud nähtused) kirjeldada kui elektromagnetlainet, teistes olukordades (kui kirjeldame valgust mikrotasandil – valguse kiirgumisega ja neeldumisega seotud nähtused) aga kui valgusosakeste – footonite – voogu.