粒子と波動の二重性
1901年、マックス・プランクは、黒体放射のスペクトルに関する法則を発見した。プランクは、この法則の導出を考える中で、原子のエネルギーが、エネルギー素量(現在ではエネルギー量子と呼ばれている)ε = hν の整数倍になっていると仮定した。この仮定を、量子仮説という。
1924年、ド・ブロイはド・ブロイ波の仮説を発表した。この仮説は光子だけではなく全ての物質が波動性を持つとするもので、波長λと運動量pが次の式で関係付けられた。
λ = h p {\displaystyle \lambda ={\frac {h}{p}}}
これは、光子の運動量pを p = E c {\displaystyle p={\tfrac {E}{c}}} 、光子の波長λをλ= c f {\displaystyle {\tfrac {c}{f}}} (cは真空中の光速度)とした、アインシュタインの式の一般化である。
ド・ブロイの式は3年後に電子について電子回折の観察をする2つの別々の実験によって検証された。アバディーン大学のジョージ・パジェット・トムソンは薄い金属フィルムに電子ビームを通し、予想された干渉パターンを得た。ベル研究所のクリントン・デイヴィソンとレスター・ジャマーは結晶格子に電子ビームを通して同じ結果を得た。
ド・ブロイはド・ブロイ波の考案によって、1929年にノーベル物理学賞を受賞した。トムソンとディヴィソンも1937年のノーベル物理学賞を分け合った。