Contestaré esta pregunta en dos partes.
Parte 1: la naturaleza dual de los fotones y el efecto fotoeléctrico
A finales del siglo XIX, el comportamiento de los fotones confundió a los físicos. La teoría electromagnética clásica propuso que el efecto fotoeléctrico (observación de que muchos metales emiten electrones cuando la luz brilla sobre ellos) se puede atribuir a la transferencia de energía de la luz al electrón en el metal. Esto significa que si se modifica la amplitud o la longitud de onda, se alterará la velocidad de emisión de electrones del metal. Sin embargo, esto no fue probado en los experimentos. En cambio, como resultado, el efecto fotoeléctrico solo desplaza a los electrones si la luz alcanza o excede una frecuencia umbral, por debajo de la cual el metal no puede emitir electrones, independientemente de la amplitud y la duración temporal de la exposición a la luz.
Para dar sentido al hecho de que los electrones pueden ser expulsados de un metal a baja intensidad pero a una frecuencia umbral, Albert Einstein propuso la luz como un haz de colección de paquetes (quantas / fotones) y no como onda.
- ¿Cómo funciona la prueba de entrelazamiento cuántico con una resonancia magnética en la conciencia cuántica?
- ¿Qué innovaciones no obvias permitiría la computación cuántica?
- ¿Cuáles son algunos ejemplos de cómo se representaría el oráculo para el algoritmo Deutsch-Jozsa?
- ¿Cuáles son algunas de las formas en que aparece la complementariedad en la mecánica cuántica? ¿Qué tiene esto que ver con la incertidumbre cuántica?
- ¿Para qué sirve la computadora cuántica?
Esto resultó ser un descubrimiento revolucionario, ya que antes Einstein propuso que la luz fuera fotones cuantificados cuando se consideraba solo una onda. Lo que Einstein demostró fue que la luz puede comportarse como materia también al desalojar los electrones de los metales. Esto es como en una mesa de billar, la bola blanca cuando se golpea con suficiente energía puede desalojar la bola negra de su estado de reposo.
[Nota: Robert A. Millill estudió experimentalmente el efecto fotoeléctrico. Einstein desarrolló la teoría para explicar el comportamiento]
Este descubrimiento demostró concretamente que los fotones tienen dualidad onda-materia.
Parte 2: Formulación de la física cuántica.
Los físicos de la época habían estado desarrollando teorías sobre la explicación del comportamiento de las partículas subatómicas. El concepto de Quantas había estado dando vueltas debido al experimento de doble rendija de Young sobre el comportamiento de la luz en ausencia de observador y la presencia de uno. Se descubrió que si un observador observa el experimento de doble rendija, la luz se comporta como la materia. Si no hay observador, se comporta como una ola. Por extraño que parezca, este comportamiento se repitió muchas veces y no se pudo explicar con las teorías clásicas de las ondas o la materia.
Luego estaba el “Principio de incertidumbre” que estaba creando ondas en la comunidad científica al postular que el momento y la ubicación de las partículas subatómicas no se pueden calcular con precisión en el mismo instante. La precisión en el cálculo de una entidad introducirá inexactitudes en el cálculo de otra entidad. Esto era completamente inaceptable para un gran número de científicos, incluido Einstein, que no podía aceptar el hecho de que hay algo que no se puede medir con precisión. La ciencia, argumentaron, se basa en evidencia experimental concreta. Si algo está violando eso, no es un concepto científico bueno / completo.
Sin embargo, muchos experimentos realizados por diferentes científicos una y otra vez, en diferentes entornos, demostraron que el mundo de las partículas subatómicas no se parece en nada a lo que estamos acostumbrados. Fue extraño y contra intuitivo. Max Plank formuló matemáticamente que la energía es proporcional a la frecuencia, e = hv. Esto sentó las bases matemáticas de la teoría cuántica que luego incorporó obras de Niels Bohr, Werner Heisenberg, Louis de Broglie, Arthur Compton, Albert Einstein, Erwin Schrödinger, Max Born, John von Neumann, Paul Dirac, Enrico Fermi, Wolfgang Pauli, Max von Laue, Freeman Dyson, David Hilbert, Wilhelm Wien, Satyendra Nath Bose, Arnold Sommerfeld y otros.
