康普顿效应

电磁粒子特性的有力证据辐射是1922年由美国物理学家发现的亚瑟·霍利·康普顿。在调查散射的x射线，他观察到这种射线在散射过程中损失了一些能量，出现时能量略有下降频率。这种能量损失随着散射角的增加而增加，θ,从一个不分散的方向测量x射线。这种所谓的康普顿效应可以解释，根据经典吗力学，作为橡皮筋碰撞两个粒子的能量相当于两个台球的碰撞。在这种情况下，是x光光子的能量hν和动量hν/c与电子在休息的时候。康普顿和阿尔弗雷德·w·西蒙在威尔逊望远镜中观察和测量了反冲电子云室。如果有人计算这样一个弹性的结果碰撞通过使用相对论的公式为能源而且动力对于分散的电子，我们发现波长x射线在(λ ')之后和(λ)之前的散射事件的差异为λ '−λ = (h/mc)(1−cos .θ)．在这里米电子的静止质量是h/mc被称为康普顿波长。它的值为0.0243埃。的能量hν这个波长的光子的能量等于静止质量能量mc²电子的。有人可能会说电子进入了原子不是在休息，而是他们的动能与高能x射线相比很小，在推导康普顿方程时可以忽略不计。

共振吸收而且反冲

19世纪中期，这位德国物理学家古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫观察到,原子而且分子以特征频率发射和吸收电磁辐射，并且对于给定物质，发射和吸收频率是相同的。这样的共振严格地说，吸收不应该发生，如果一个应用光子图片由于下面的论点。由于能量和动量在发射过程中必须是守恒的，当光子向右发射时，原子向左反冲，就像一门大炮在射击时向后反冲一样。因为反冲的原子带走了一些动能E_R，所发射的光子能量小于所发射的能量差原子能各州数量E_R。当光子被原子吸收时，光子的动量也相同传播给原子一个动能反冲能E_R。因此，吸收光子不仅要提供原子能态的能量差，还要提供额外的能量差E_R也因此，共振吸收不应该发生，因为发射的光子缺少2E_R去完成它。

然而，自从基尔霍夫的发现以来，研究人员已经观察到电子的共振吸收转换在原子和分子中。这是因为可见光反冲能量E_R与原子发射和吸收过程的自然能量不确定性相比是非常小的。然而，在发射和吸收方面的情况却大不相同伽马射线原子核中的光子。反冲能量E_R伽马射线光子比可见光光子和核能大10000倍吗转换更明确的定义，因为它们的寿命比电子能量跃迁长一百万倍。因此，光子的粒子性质阻止了自由原子核对伽马射线光子的共振吸收。

1958年，这位德国物理学家鲁道夫·路德维希Mössbauer发现无后坐力伽马射线共振吸收是可能的，如果发射核和吸收核都嵌入在固体中。在这种情况下时，吸收和时的反冲动量有很大的可能性发射的光子被整个固体(或者更准确地说，被它的整个晶格)所吸收。这将把反冲能量降低到几乎为零，从而允许共振吸收发生在γ射线中

波粒二象性

为什么电磁辐射在某些情况下表现得像粒子，而在另一些情况下却表现出产生干涉和衍射现象的波状性质?这种矛盾的行为后来被称为波粒二象性。波尔拒绝光的概念广达电脑，他寻找方法来解释康普顿效应和光电效应通过论证动力而且节能法律只需要在统计上满足平均时间。1923年，他指出假设的光广达电脑原则上，排除了对解释干涉所必需的频率和波长概念进行合理定义的可能性。

第二年概念上的的基础物理被法国物理学家震惊了吗路易·德布罗意他在博士论文中提出，波粒二象性不仅适用于光，也适用于粒子。德布罗意提出任何物体都具有波状性质。特别地，他证明了轨道和能量氢原子，描述为玻尔原子模型，对应于任何轨道的周长精确匹配的条件积分物质波的波长数λ电子。任何有动量运动的粒子，如电子p根据德布罗意，有一个波长λ =h/p。这一想法需要力学的概念革命，这导致了波而且量子力学的欧文薛定谔，维尔纳·海森堡,马克斯出生。

德布罗意关于粒子的波状行为的想法很快就被实验证实了。1927年克林顿·约瑟夫·戴维森而且莱斯特Germer完成的美国观察到的衍射因此干扰原子的有规则的排列使电子波水晶的镍。同年日本菊地获得了一个电子衍射通过发射能量为68 keV的电子通过一个薄的云母制版并在照相版上记录由此产生的衍射图样。观察到的模式与德布罗意所预测的波长的电子波相对应。的衍射效应氦原子在1930年被发现中子衍射已经成为当今确定材料的磁性和原子结构不可缺少的工具。

的干扰当一个辐射锋击中一个不透明的Screen常被引用来解释波粒二象性的概念困难。考虑一个不透明的屏幕，有两个开口A和B，称为双缝，和一个照相板或A投影屏幕，如图9。波长λ的平行波通过双狭缝将在平板或屏幕上产生如图右侧所示的强度模式。中心的强度最大。它在所有地点都降为零x₀，其中开口A和B的距离相差半波长的奇数倍数，例如，λ/2, 3λ/2和5λ/2。这种相消干涉的条件与相消干涉的条件相同迈克逊的干涉仪说明在图4。而一面半透明的镜子图4把振幅每个波列分成两半，分在图9通过开口A和B空间。后者被称为分割波阵面。在与A和B的距离相差为零或λ的整数倍的所有位置上，在屏幕上观察到建设性干涉或强度最大值。这是观测到的双缝干涉图样的波解释。

光子的描述必然是不同的，因为一个粒子显然只能通过开口a或开口B。然而，当a或B关闭时，没有观察到干涉图案。A和B必须同时打开。有一段时间，人们认为一个穿过a的光子可能会干扰另一个穿过b的光子。在这位英国物理学家之后，这种可能性被排除了杰弗里·泰勒在1909年证明了同样的干涉图案可以记录在照相底片上，即使是在光强度是如此的微弱，以至于在任何时候只有一个光子出现在仪器中。

另一个理解电磁辐射双重性的尝试是用长度等于光子的波列来识别光子一致性长度cτ,在哪里τ是一致性时间，或原子从较高的内部原子能状态转变到较低的内部原子能状态的寿命c是光速度。这和展望光子是一个拉长的波包，或“针辐射”。同样，“光子”一词对不同的科学家有不同的含义，波的性质和量子结构仍然不相容。是时候找到一种电磁辐射理论了，它可以融合波动理论和粒子理论。这样一个融合是由量子电动力学(QED)。