Charakter kwantowy danego zjawiska ujawnia się, gdy do jego opisu wartości wielkości fizycznych nie są ciągłe lecz są wielokrotnościami pewnej stałej – czyli skwantowane. Kwanty wprowadził w 1900 roku Planck, gdzie założył że ciało doskonale czarne absorbuje i emituje energię tylko w postaci określonych porcji. Mechanika klasyczna przestaje poprawnie opisywać zjawiska dla układów o rozmiarach rzędu około 10-9 m oraz zmianach energii rzędu około 10-19 J. Innym wyznacznikiem, który mówi czy zjawisko należy rozparzyć używając mechaniki klasycznej czy kwantowej bez znaczących błędów, jest porównanie fali de Broglie’a z wielkością analizowanego układu fizycznego.
Zjawiska opisywane przez mechanikę kwantową:
- dyfrakcja i interferencja promieniowania elektromagnetycznego oraz strumieni cząstek (doświadczenie Davissona-Germera, falowa teoria materii de Broglie’a)
- szczegóły atomowej budowy materii, zwłaszcza struktury elektronowej pierwiastków (orbitale, spin, liczby kwantowe, linie widmowe)
- zjawiska rozpraszania i zderzeń w skali atomowej i subatomowej (doświadczenie Rutherforda, zjawisko Comptona)
- mikroskopowego opisu zjawisk transportu (przewodnictwo w metalach i półprzewodnikach, prądy tunelowe)
- zjawiska kolektywne w skali makroskopowej (nadciekłość, nadprzewodnictwo, kondensacja Bosego-Einsteina, magnetyzm)
Dualizm korpuskularno-falowy:
Dualizmem korpuskularno-falowym nazywa się koncepcję według której fale przenoszące energię mogą wykazywać aspekty korpuskularne, a cząstki mogą mieć aspekty falowe. Decyzja który z tych dwóch modeli jest bardziej odpowiedni , zależy od właściwości jak dany model usiłuje wyjaśnić.
Przykłady: W zjawisku fotoelektrycznym fale promieniowania elektromagnetycznego przedstawia się jako korpuskuły (fotony), podobnie jak w zjawisku Comptona opisującym światło jako strumień cząstek (przekazanie pędu przez kwanty światła swobodnym elektronom).
Natomiast falowa natura uwidacznia się przy opisie dyfrakcji elektronów (np. doświadczenie Davissona-Germera) trzeba traktować elektrony jako fale de Broglie’a. Podobnie promieniowanie elektromagnetyczne, które w doświadczeniu Younga przechodząc przez szczeliny ulega dyfrakcji i interferencji, co może być wyjaśnione jedynie zakładając falową naturę światła.
Korpuskularne aspekty kwantów powiązane są z wielkościami charakteryzującymi ruch falowy wzorami:
Więcej na temat dualizmu korpuskularno-falowego od strony historycznej zostało napisane w tym artykule.
