Краткий обзор гипотезы де Бройля о длине волны

Гипотеза Де Бройля предполагает, что вся материя проявляет волнообразные свойства и связывает наблюдаемые длина волны материи к ее импульсу. После Альберт Эйнштейнтеория фотонов Принято, вопрос стал, правда ли это только для света или материальные объекты также демонстрируют волнообразное поведение. Вот как была разработана гипотеза де Бройля.

В своей докторской диссертации 1923 (или 1924, в зависимости от источника) французский физик Луи де Бройль сделал смелое утверждение. Учитывая отношение Эйнштейна к длине волны лямбда набирать обороты пДе Бройль предположил, что это соотношение будет определять длину волны любого вещества в отношениях:

лямбда = час / п

Напомним, что час постоянная Планка

Эта длина волны называется длина волны де Бройля. Причина, по которой он выбрал уравнение импульса, а не уравнение энергии, состоит в том, что с материей было неясно, Е должна быть полная энергия, кинетическая энергия или полная релятивистская энергия. Для фотонов они все одинаковы, но не для материи.

Предполагая, однако, отношение импульса позволило получить аналогичные отношения де Бройля для частоты е используя кинетическую энергию Е_К:

е = Е_К / час

Отношения де Бройля иногда выражаются через постоянную Дирака, ч-бар = час / (2число Пи) и угловая частота вес и волновое число К:

п = ч-бар * кА_К

= ч-бар * вес

В 1927 году физики Клинтон Дэвиссон и Лестер Гермер из Bell Labs провели эксперимент, в котором они запустили электроны в мишень из кристаллического никеля. Полученная дифракционная картина соответствовала предсказаниям длины волны де Бройля. Де Бройль получил Нобелевскую премию 1929 года за свою теорию (впервые она была присуждена за степень доктора философии). тезис) и Дэвиссон / Гермер совместно выиграли его в 1937 году за экспериментальное открытие дифракции электронов (и, таким образом, доказательство гипотезы де Бройля).

Дальнейшие эксперименты подтвердили гипотезу де Бройля, включая квантовые варианты эксперимент с двумя щелями. Дифракционные эксперименты в 1999 году подтвердили длину волны де Бройля для поведения таких больших молекул, как бакиболлы, которые представляют собой сложные молекулы, состоящие из 60 или более атомов углерода.

Гипотеза де Бройля показала, что дуальность волны-частицы была не просто аберрантным поведением света, а скорее фундаментальным принципом, проявляемым как излучением, так и материей. Таким образом, становится возможным использовать волновые уравнения для описания поведения материала, если правильно применять длину волны де Бройля. Это будет иметь решающее значение для развития квантовой механики. Теперь это неотъемлемая часть теории строения атома и физики элементарных частиц.

Хотя гипотеза де Бройля предсказывает длину волны для вещества любого размера, существуют реальные ограничения на то, когда это полезно. Бейсбольный мяч, брошенный в кувшин, имеет длину волны де Бройля, которая примерно на 20 порядков меньше диаметра протона. Волновые аспекты макроскопического объекта настолько малы, что их нельзя заметить ни в каком полезном смысле, хотя они интересны для размышления.