光量子假设在解释光电效应方面取得了成功 ， 但并没有说服当时的大多数物理学家 。直到1932年 ， 美国物理学家康普顿才发现X电子散射时射线的异常现象：X电子散射散射后 ， 波长增大 ， 这就是所谓的康普顿效应 。这种现象与经典电动力学相矛盾 。
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实验装置图：经过光栅射出一束单色X散射物散射 ， 散射波长用布拉格晶体的反射来测量 。
关于光的散射：当光束通过不均匀的媒体时 ， 一些光束会偏离原来的方向 ， 从侧面也可以看到光的现象 ， 称为光的散射 。 为什么晴朗的天空是蓝色的？太阳和日落的天空是红色的？这是大气中的分子会对太阳产生明显的散射 ， 这些散射后的光从四面八方进入我们的眼睛 。如果没有大气 ， 空气中没有散射光 ， 天空的背景应该是黑色的 ， 这是宇航员在大气层外和月球上看到的现象 。
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太阳被地球大气层散射
实验和理论研究表明 ， 当散射体尺寸小于波长时 ， 不同波长的光散射情况不同：散射光强与入射光波长的四个方成反比 ， 即所谓的瑞利散射 。晴朗的天空是蓝色的 ， 因为白光中的短波成分散射强烈 ， 所以偏离太阳直射方向(散射光)的蓝紫色成分比红黄色成分多；夕阳和夕阳之所以是红色的 ， 是因为早晚太阳斜射到地上 ， 太阳经历的大气层厚度比中午厚得多 。因此 ， 太阳中的短波部分在大气层中沿着道路大量散射 ， 其中长波部分主要沿着原路前进 。
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清晨看到的日出是由于阳光和大气分子的瑞利散射
根据经典电磁理论：入射光与带电粒子相互作用 ， 带电粒子在入射光的刺激下进行强制振动 ， 发出电磁波 。这是一个共振吸收和再发射的过程 。带电粒子的强制振动频率等于入射光波的频率 ， 因此散射波（带电粒子振动发射的电磁波）的频率也是入射光波的频率 。散射光的波长应等于入射波的波长 。
光对于分子散射是这样 ， 对于电子呢？康普顿散射的理论解释 显然 ， 康普顿的电子散射实验不能用经典理论来解释 ， 但很容易用光量子理论来解释 。
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康普顿散射示意图与电子相互作用
首先 ， 我们认为散射原子中的电子是自由和静止的 。康普顿散射可以看作是X光子与自由电子见的弹性碰撞过程 。能量和动量守恒方程(相对论形式)
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散射光波长增量计算
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散射角度Φ计算
在上述计算中 ， 假设电子是自由的 ， 但事实并非如此 。特别是当重原子中的内部电子被紧紧地束缚时 ， 当光子与这种电子碰撞时 ， 它实际上与高质量的原子交换动量和能量 ， 因此光子散射只改变方向 ， 几乎不改变能量 ， 即散射光中总有波长λ0这个谱线的原因 。这也可以解释散射光波长在分子散射中没有变化 。
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康普顿散射实际上是进射光子和原子最外层电子的散射
光电效应和康普顿散射清楚地揭示了光的粒子一面 ， 称为光子 。光电效应揭示了光子能量和频率康普顿散射进一步揭示了光子的关系动量与波长关系 。
光的波粒二象性 光的粒子性主要反映在光与物质的相互作用中 ， 它特别反映在光的检测过程中 。当我们使用各种仪器来检测可见光时 ， X射线、γ射线时 ， 当光强足够弱时 ， 只要仪器的时空分辨率足够高 ， 我们总是接收到离散的电脉信号或直径 。也就是说 ， 光总是通过检测仪器工作物质的单个电子、原子或分子工作 ， 探测器对光的响应总是发生在短时间间隔或小空间区域 。这就是所谓的光粒子 。
光的波动性主要反映在光传播过程中 ， 也就是说 ， 在光检测过程之前 ， 当光不与测量设备的工作物质工作时 ， 光呈现出波动的性质 。这就是光的波粒二象性！
这逐渐接近量子力学的核心问题——观测问题 。本质上 ， 量子力学认为 ， 物质（当然包括光子）以概率波（也称为波函数）的形式存在 ， 并遵循一定的进化规律（薛定谔方程、海森堡方程、狄拉克方程等） ， 这是其波动的来源；观测行为会导致波函数坍缩 ， 表现为粒子 。
提出并确认物质波 【光的粒子性的直接验证 验证光具有粒子性的实验】众所周知 ， 1924年 ， 法国一位贵族青年德布罗意完成了他的博士论文《量子理论研究》 ， 并提出了物质波假设 。
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德布罗意
他写道：整个世纪以来 ， 在辐射理论研究中 ， 粒子的研究方法比波动研究方法实物理论上有相反的错误吗？我们是不是想了太多关于‘粒子’的图像 ， 忽略了波浪的图像？
他将光的波粒二象表达式推广到实物粒子中 。
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波粒二象表达式
几乎所有的评论家都怀疑德布罗意的理论 。但在这种反对中 ， 一个人投了一张双手赞成票 ， 那就是独一无二的爱因斯坦 。说它揭开了一个巨大的面纱角落 。
由于爱因斯坦的支持 ， 德布罗意的博士论文答辩如期举行 ， 会上专家们的问题集中在“如何在实验上演示实物粒子的波动性” 。德布罗意早有准备：“晶体中使用电子流 ， 当电子通过晶片时 ， 衍射图样应绕过晶体点阵上的原子而产生X射线产生相同的效果 。根据他的公式 ， 对于普通的实验室电子 ， 电子衍射波长和X射线有相同的数量级 。
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电子衍射实验示意图
由于德布罗在博士论文答辩中提到的示范实物粒子波动性建议的准确性 ， 戴维逊和汤姆孙在1927年独立发现了电子波动性 。实物粒子也有波粒二象性！
两年后 ， 德布罗因提出物质波理论而获得1929年诺贝尔物理学奖 。戴维逊和汤姆逊分享了1937年诺贝尔物理学奖 ， 因为实验发现晶体对电子的衍射 。
在对微粒波动性有深刻理解的基础上 ， 一种能够定律描述微世界运动规律的力学呼之欲出 。
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