Kembaran zarah-gelombang

Kembaran zarah-gelombang (atau keduaan zarah-gelombang, Inggeris: wave-particle duality) ialah satu konsep dalam mekanik kuantum yang menyatakan bahawa setiap zarah memiliki ciri-ciri zarah dan gelombang. Teori keduaan ini mengutarakan ketidakmampuan konsep-konsep lama seperti "zarah" dan "gelombang" untuk menjelaskan tindakan objek bersaiz kuantum dengan sempurna. Tafsiran kuantum mekanik yang lazim menjelaskan bahawa paradoks ini ialah ciri-ciri asas bagi alam semesta, manakala tafsiran lain menjelaskan keduaan ini sebagai akibat urutan kedua (second-order) baru muncul bagi pelbagai had pemerhati. Pengolahan ini memfokuskan untuk menjelaskan tindakan daripada tafsiran Copenhagen yang digunakan secara meluas, di mana kembaran zarah-gelombang merupakan satu aspek pelengkapan (complementarity), yakni satu fenomena boleh dilihat melalui satu cara atau dengan cara yang lain, tetapi tidak boleh dilihat melalui kedua-dua cara serentak.

Asal-usul teori

Idea keduaan bermula daripada satu perdebatan berkenaan sifat semula jadi cahaya dan jirim yang bertarikh seawal abad ke-17, apabila teori cahaya yang saling bertentangan dicadangkan oleh Christiaan Huygens dan Isaac Newton. Huygens mengatakan bahawa cahaya mempunyai bentuk gelombang, manakala Newton mencadangkan yang ia terdiri daripada zarah-zarah. Teori saintifik moden yang diperolehi melalui kajian yang dijalankan oleh Max Planck, Albert Einstein, Louis de Broglie, Arthur Compton, Neils Bohr dan ahli-ahli sains yang lain, mengatakan bahawa semua zarah turut mempunyai sifat gelombang (dan begitu juga sebaliknya). Fenomena ini telah disahkan berlaku bukan sahaja pada zarah-zarah asas, tetapi juga bagi zarah-zarah majmuk seperti atom bahkan molekul. Bagi zarah makroskopik, ciri-ciri gelombang tidak dapat dikesan kerana panjang gelombangnya yang sangat pendek.

Sejarah ringkas bagi sudut pandangan gelombang dan zarah

Aristotle merupakan orang pertama yang mencadangkan sifat cahaya secara terbuka. Beliau mencadangkan bahawa cahaya merupakan gangguan dalam unsur udara (dengan kata lain, ia merupakan fenomena seperti gelombang). Sebaliknya, pengasas teori atom, Democritus, mencadangkan yang semua benda di dalam alam semesta, termasuk cahaya, terdiri daripada subkomponen yang tidak dapat dibahagikan (cahaya, baginya, adalah satu bentuk atom suria). Pada awal abad ke-11, ilmuwan Islam Ibn Haytham (Alhazen dalam Bahasa Latin) menulis karya berkenaan cahaya menyeluruh yang pertama. Kitabnya menjelaskan pembiasan dan pantulan, dan juga cara kanta liang jarum berfungsi melalui sinar cahaya yang bergerak dari sumber cahaya ke mata. Al-Haytham mengatakan yang cahaya terdiri daripada zarah-zarah cahaya. Pada 1630, René Descartes, di dalam treatis cahayanya sendiri, mempopularkan dan mengiktiraf gambaran gelombang bertentangan di dunia Barat. Gambaran ini menunjukkan yang sifat cahaya boleh diwujudkan semula dengan membentuk gangguan seperti gelombang di dalam bahantara sejagat ("plenum").
Bermula pada 1670 dan tiga dekad seterusnya, Isaac Newton membentuk dan memperjuangkan hipotesis korpuskularnya, mengatakan yang pantulan cahaya yang sangat lurus menunjukkan sifat zarah cahaya; hanya zarah yang mampu bergerak dalam garisan lurus sebegitu.