Корпускуларно-бранов дуализам — својство на секоја елементарна честичка или квантен субјект да покажува својства не само на честичките, туку и на брановите. Тоа се однесува на неможноста на класичниот концепт на "честичките" или "брановите" целосно да го опише однесувањето на квантни-размери на објектите.Како што вели Ајнштајн: "Се чини дека понекогаш ние мораме да користиме една теорија, а понекогаш друга, додека пак некогаш можеме во исто време и двете да ги користиме. Се соочуваме си нов вид на тешкотии. Имаме две контрадикторни слики на реалноста; оделно ниту една од нив не го објаснува целосно феноменот на светлината, но заедно тоа го прават".

Преку работата на Макс Планк, Алберт Ајнштајн, Луј де Број, Артур Комптон, Нилс Бор и многу други, моменталната научна теорија вели дека сите честички исто така имаат бранова природа (и обратно). Овој феномен е потврден не само за елементарните честички, туку и за соединети честички како што се атоми или молекули. За макроскопски честички, поради нивните екстремно мали бранови должини, брановите својства неможат да бидат откриени.

Иако употребата на корпускуларниот-бранов дуализам работи добро во физиката, значењето или интерпретацијата не се задоволително решени; погледни интерпретација на квантна механика.

Нилс Бор го смета "дуалниот парадокс" како основен или метафизички факт на природата. Со оглед на видот на квантните објекти ќе се покаже понегогаш бран, понекогаш честичка, карактер, во зависност на физичките опции. Тој гледа двојност како аспект на концептот на комплементарност. Бор сметал дека одрекувањето од причинкиот ефект, или комплементарно од време-просторната слика од важност за квантно механичките согледувања.Bohr, N. (1927/1928). The quantum postulate and the recent development of atomic theory, Nature Supplement April 14 1928, 121: 580–590.

Вернер Хајзенберг го разгледал понатаму прашањето. Тој гледа дуалност како присуство на сите квантни субјекти, но не во вообичаената квантна механика на Бор. Тој го гледа тоа во она што се нарекува втора квантизација, која создава нов концепт на области кои постојат во обичниот простор-време. Класичните вредности на полиња ( како на пример електричното и магнетното поле предности на Максвел) се заменети со нов вид вледност на поле, како што се смета во квантна теорија за полето. Се смени мислењето дека обичната квантна механика може да биде изведена како специјализирана последица на квантната теорија за полето.Camilleri, K. (2009). Heisenberg and the Interpretation of Quantum Mechanics: the Physicist as Philosopher, Cambridge University Press, Cambridge UK, ISBN 978-0-521-88484-6.Preparata, G. (2002). An Introduction to a Realistic Quantum Physics, World Scientific, River Edge NJ, ISBN 978-981-238-176-7.

Кратка историја за бранот и честичките

Аристотел беше еден од првите што јавно дал хипотеза за природата на светлината, предлагајќи дека светлината е нарушување во елементот етер. Од друга страна Демокрит - оригиналниот атомист—тврди дека сите нешта во универзумот, вклучувајќи ја и светлината, се составени од неделиви под-компоненти.Nathaniel Page Stites, M.A./M.S. "Light I: Particle or Wave?," Visionlearning Vol. PHY-1 (3), 2005. http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=132 На почетокот на 11 век, арапскиот научник Алхазен напишал прва сеопфатна расправа за оптика; опишувајќи рефракција, рефлексија како и работата на точкеста леќа преку светлинските зраци од точката на емисија до окото. Тој тврди дека овие зраци биле составени од светлински честички. Во 1630, Рене Декарт го популаризирал и акредитирал спротивниот опис за бранот во неговата расправа за светлината, покажувајќи дека однесувањето на светлината може да пресоздава преку моделирање на бран. Почетокот на 1670 и напредокот во текот на трите децении, Исак Њутн развива и се залагал за неговата корпускуларна хипотеза, тврдејќи дека совршените прави линии од одбивањето демонстрираат честички на светлината; само честичките можат да патуваат во такви прави линии. Тој ја објасни рефракцијата преку ставот дека честичките на светлината забрзува странично влегувајќи во погуст средина. Во исто време современиците на Њутн Роберт Хук и Кристијан Хајгенс—и подоцна Огистен-Жан Френел—математички го објаснуваат бранот, покажувајќи дека ако светлината патува со различни брзини во различни средини (како на пример вода и воздух), рефракцијата може да виде полесно објаснета како зависна од средината на ширење на бранот Хајгенс-Френелов принцип подоцна беше поддржан од Томас Јанг.Thomas Young: The Double Slit Experiment Погледите за бранот не ги менувале веднаш и погледите на зраците и честичките, но почнале да доминираат научните мисли за светлината во средината на 19 век.

Џејмс Кларк Максвел открил дека може да ги комбинира четирите едноставни равенки, кои биле претходно откриени заедно со мала модификација за да го опише брановите наосцилирачките електрични и магнетни полиња. Кога била песметана брзината на ширење на електромагнетните бранови, брзина на светлината опаднала. Брзо стана јасно дека видливата светлина, ултравиолетовата светлина и инфрацрвената светлина биле електромагнетни бранови на различна честота. Теоријата на бранот преовладуваше-или барем така се чинеше.

Додека 19 век видел успех на брановата теорија во опишување на светлината, тоа исто така беше сведол на растот на атомска теорија во опишување на материјата. Антоан Лавоазје го извел законот за зачувување на масата и категоризирал многу нови хемиски елементи и соединенија; и Јозеф Луис Пруст ја унапредил хемијата со атоми покажувајќи дека елементите се комбинирани во постојани односи на маса. Ова доведе Џон Далтон да предложи дека елементите биле невидливи под-компоненти; Амедео Авогадро открил двоатомски гасови и ја довршил основната атомска теорија, дозволувајќи точните молекулски формули од најпознатите соединенија-како и точната тежина на атомот-да бидат изведени и категоризирани на доследен начин.Димитри Менделеев видел ред во периодични хемиски својства, и создал систем презентирајќи ги елементите во досега невиден ред и симетрија.

Крајот на 20 век и парадигма

Честички на електрична струја На крајот од 19 век, радукционизмот на атомската теорија започнува да напредува во самиот атом; утврдувајќи ја, преку физиката, природата на атомите и хемиските реакции. Електричната струја, првин се мислело дека е течност, беше утврдено дека се состои од честички наречени електрони. Ова првпат беше демонстрирано од Џозеф Џон Томсон во 1897 година кога, користејќи катодни цевки, открил дека електричното полнж ќе патува низ вакуум. Бидејќи вакуумот не нуди средина за електичната течност да патува, ова откритие објаснува дека со помош на честичка се носи негативен полнеж и тој се движи низ вакуум. Овој електрон успешно ја третира електричната енергија како течност за многу години (што доведува до пронаоѓањето на батерии, електромотори, динамо и електролучна светлина. Уште поважно, врската меѓу електричниот полнеж и електромагнетизмот бил добро документиран следејќи ги откритијата на Мајкл Фарадеј и Џејмс Кларк Максвел. Бидејќи електромагнетизмот бил познат да биде бран генериран од страна на менување на електрични или магнетни полиња, атомскиот опис на електичната енергија и полнежот беше non sequitur. Исто така, класичната електродинамика не беше само класична теорија изречена нецелосна.

Зрачење и квантизација

Во 1901 година, Макс Планк објавил анализа која успеа во повторното создавање спектар на свелина емитирана од блескав објект. За да се постигне ова, Планк требал да направи математичка претпоставка на квантизирана енергија од осцилатори (атоми од црно тело) кои емитуваат зрачење. Тоа беше Ајнштајн кој подоцна предложи дека тоа е електромагнетно зрачење кое е квантизирано.

Црнотелесно зрачење, зрачењето од електромагнетната енергија поради топлоната на објектот не може да биде објаснета само преку класичните аргументи. Теорема на рамнораспределеност од класичната механика, основа на сите класични термодинамички теореми, изјави дека енергијата на објектот е подолуна подеднакво помеѓу вибрациите на објектот мод. Но применувајќи исти причини на електромагнетното зрачење на таков топлински објект не беше толку успешно. Долго беше знаено дека терминланите објекти зрачат светлина. Бидејќи светлината беше позната да биде бранови од електромагнетизмот, физичарите се надевале да го опишат ова зрачење преку класичните закони. Ова стана познато како проблеми на црно тело. Бидејќи теоремата на рамнораспределеност работи многу добро во опишување на вибрациските модови на терминални објекти, тоа беше нормално да се претпостави дека тоа ќе се изврши подеднакво добро во опишување на радијативно зрачење на таквите објекти. Но проблемот брзо стана: ако секој мод добие еднаква поделба на енергијата, кратките модови на брановите должини ја користат енергија. Ова стана јасно кога Рејли-Џинсов закон, кога додека предвидувајчи го интензитетот на зрачења на долгите бранови должини, предиде бесконечна вкупна енергија,како што интензитетот одвојува до бесконечност за кратките бранови должини. Ова стана познато како ултравиолетова катастрофа.

Во 1900 година кога Макс Планк претпостави дека честотата на светлинското зрачење од страна на црно тело зависи од честотата на осцилатор кој зрачи и енергијата на овие осцилатори зголемува линеарно со честотата ( според неговата константа h, каде E = hν). Ова не беше несугурен предлог со оглед дека микроскопски осцилатори работат на сличен начин; кога ќе се движат пет едноставни хармонски осцилатори со еднакви амплитуди но различна честота, осцилаторите со најголема честота поседува најголема енергија. Светлика со висока честота мора да биде зрачена од осцилатор со еднаква честота и понатаму се бара дека овој осцилатор окупира повосика енергија од една помала честота, Планк избегнува какви било катастрофи, давајќи поделби на осциатори со восока честота да создаваат успешно помалку осцилатори и помало зрачење светлина.

Фотоелектричен ефект

Додека Планк ја решил ултравиолетовата катастрофа со користење на атоми и квантизирани електромагнетни полиња, најсовремените физичари се согласија дека Планковиот "светлосен квант" претставува само недостатоци во неговиот модел. Во 1905 година Алберт Ајнштајн го земал Планковиот модел на црно тело за да прозиведе негово решение на друг нерешен проблен на ден; фотоелектричен ефект, каде што електроните се зрањени од атомите кога тие апсорбираат енергија од светлината.

Во 1902 година, Филип Ленард открил дека енергијата на овие исфрлени електрони не зависи од интензитетот на влезната светлина, туку од нејзината честота. Така ако еден сјае мала нискочестотна светлина врз метал, неколку ниско енергиски електрони ќе се исфрлат. Ако сега еден сјае со голем интензитет зрак на нискаочестотна светлина врз ист метал, целото мноштво од електрони ќе бидат исфрнели; тие поседуваат иста ниска енергија. Колку повеќе светлина има, повеќе електрони ќе бидат исфрлени. Каде што со цел да се добие високи енергиски електрон, еден мора да осветли метал со високочестотна светлина. Како зрачењето на црното тело, ова беше во спротивност со теоријата повикувајќи континуиран пренос на енергија помеѓу зрачењето и материјата. Ова може сè уште да биде објаснето користејќи целосно класично опишување на светлината, додека материјата е квантно механичка во природата.