Περίληψη περίπτωσης μήκους κύματος De Broglie

Η υπόθεση De Broglie προτείνει ότι όλες οι ύλες παρουσιάζουν κυματοειδείς ιδιότητες και συνδέουν τις παρατηρούμενες μήκος κύματος της ύλης στη δυναμική της. Μετά Ο Άλμπερτ Αϊνστάινθεωρία φωτονίων έγινε αποδεκτό, το ερώτημα έγινε αν αυτό ήταν αληθές μόνο για το φως ή αν τα αντικείμενα υλικού παρουσίαζαν επίσης συμπεριφορά που μοιάζει με κύμα. Εδώ αναπτύχθηκε η υπόθεση De Broglie.

Στο 1923 (ή το 1924, ανάλογα με την πηγή) διδακτορική διατριβή, ο Γάλλος φυσικός Louis de Broglie έκανε τολμηρό ισχυρισμό. Λαμβάνοντας υπόψη τη σχέση μήκους κύματος του Αϊνστάιν λάμδα σε ορμή Π, de Broglie πρότεινε ότι αυτή η σχέση θα καθορίσει το μήκος κύματος οποιουδήποτε θέματος, στη σχέση:

λάμδα = h / Π

θυμηθείτε αυτό h είναι η σταθερά του Planck

Αυτό το μήκος κύματος ονομάζεται de Broglie. Ο λόγος που επέλεξε την εξίσωση της ορμής πάνω από την εξίσωση ενέργειας είναι ότι ήταν ασαφές, με την ύλη, είτε μι θα πρέπει να είναι η συνολική ενέργεια, η κινητική ενέργεια ή η ολική σχετικιστική ενέργεια. Για τα φωτόνια, είναι όλα τα ίδια, αλλά όχι τόσο για την ύλη.

Υποθέτοντας ότι η σχέση ορμής, ωστόσο, επέτρεψε την εξαγωγή μιας παρόμοιας σχέσης de Broglie για συχνότητα φά χρησιμοποιώντας την κινητική ενέργεια μι_κ:

φά = μι_κ / h

Οι σχέσεις του De Broglie εκφράζονται μερικές φορές από τη σταθερά του Dirac, h-bar = h / (2πι) και τη γωνιακή συχνότητα w και τον αριθμό κύματος κ:

Π = h-bar * kE_κ

= h-bar * w

Το 1927, οι φυσικοί Clinton Davisson και Lester Germer, των Bell Labs, πραγματοποίησαν ένα πείραμα όπου πυροβόλησαν τα ηλεκτρόνια σε έναν κρυσταλλικό στόχο του νικελίου. Το προκύπτον πρότυπο περίθλασης ταιριάζει με τις προβλέψεις του μήκους κύματος de Broglie. Ο De Broglie έλαβε το βραβείο Νόμπελ του 1929 για τη θεωρία του (την πρώτη φορά που απονεμήθηκε ποτέ για Ph. D. και Davisson / Germer το κέρδισαν από κοινού το 1937 για την πειραματική ανακάλυψη της διάθλασης ηλεκτρονίων (και έτσι την απόδειξη της υπόθεσης του de Broglie).

Περαιτέρω πειράματα κατέληξαν στην υπόθεση του de Broglie να είναι αληθινή, συμπεριλαμβανομένων των κβαντικών παραλλαγών του πείραμα διπλής σχισμής. Τα πειράματα διάθλασης το 1999 επιβεβαίωσαν το μήκος κύματος de Broglie για τη συμπεριφορά των μορίων τόσο μεγάλων όσο τα κομμάτια buckyballs, τα οποία είναι πολύπλοκα μόρια αποτελούμενα από 60 ή περισσότερα άτομα άνθρακα.

Η υπόθεση de Broglie έδειξε ότι η δυαδικότητα των κυμάτων-σωματιδίων δεν ήταν απλώς μια παρεκκλίνουσα συμπεριφορά του φωτός, αλλά μάλλον μια θεμελιώδης αρχή που εκδηλώνεται τόσο από την ακτινοβολία όσο και από την ύλη. Ως εκ τούτου, είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν εξισώσεις κύματος για να περιγραφεί η συμπεριφορά του υλικού, εφ 'όσον κάποιος εφαρμόζει σωστά το μήκος κύματος de Broglie. Αυτό θα ήταν κρίσιμο για την ανάπτυξη της κβαντικής μηχανικής. Είναι πλέον αναπόσπαστο μέρος της θεωρίας της ατομικής δομής και της σωματιδιακής φυσικής.

Αν και η υπόθεση του de Broglie προβλέπει μήκη κύματος για ύλη οποιουδήποτε μεγέθους, υπάρχουν ρεαλιστικά όρια όταν είναι χρήσιμο. Ένα μπέιζμπολ που ρίχνεται σε μια κανάτα έχει ένα μήκος κύματος de Broglie που είναι μικρότερο από τη διάμετρο ενός πρωτονίου κατά περίπου 20 τάξεις μεγέθους. Οι πτυχές κύματος ενός μακροσκοπικού αντικειμένου είναι τόσο μικροσκοπικές ώστε να μην είναι ορατές σε καμία χρήσιμη έννοια, αν και ενδιαφέρουσα είναι να μιλάμε.