Den franske fysiker Louis de Broglie vandt Nobelprisen i 1929 for banebrydende arbejde inden for kvantemekanik. Hans arbejde med at vise matematisk, hvordan subatomære partikler deler nogle bølgeegenskaber, blev senere bevist korrekt gennem eksperiment.
Wave-Particle Duality
Partikler, der udviser både bølge- og partikelegenskaber siges at havebølge-partikel dualitet. Dette naturlige fænomen blev først observeret i elektromagnetisk stråling eller lys, som kan beskrives som enten en elektromagnetisk bølge eller en partikel kendt som fotonet.
Når det fungerer som en bølge, følger lys de samme regler som andre bølger i naturen. For eksempel viser de resulterende mønstre af bølgeforstyrrelse i et dobbeltslidseksperiment lysets bølgeform.
I andre situationer udviser lys partikellignende opførsel, som når man observerer den fotoelektriske effekt eller Compton-spredning. I disse tilfælde ser fotoner ud til at bevæge sig i diskrete pakker kinetisk energi efter de samme bevægelsesregler som enhver anden partikel (skønt fotoner er masseløse).
Matter Waves and de Broglie Hypothesis
De Broglie-hypotesen er tanken om, at materie (alt med masse) også kan udvise bølgelignende egenskaber. Desuden er disse resulterende stofbølger centrale for en kvantemekanisk forståelse af verden - uden dem ville forskere ikke være i stand til at beskrive naturen i dens mindste skala.
Således er materiens bølgevægt mest synlig i kvanteteorien, for eksempel når man studerer elektroners opførsel. De Broglie var i stand til matematisk at bestemme, hvad en elektrons bølgelængde skulle være ved at forbinde Albert Einsteins ligningen med masseenergiækvivalens (E = mc2) med Plancks ligning (E = hf), bølgehastighedsligningen (v = λf) og momentum i en række substitutioner.
At indstille de to første ligninger til hinanden under den antagelse, at partikler og deres bølgeformer ville have samme energi:
E = mc ^ 2 = hf
(hvorEer energi,mer masse ogcer lysets hastighed i et vakuum,her Planck konstant ogfer frekvens).
Derefter, fordi massive partikler ikke bevæger sig med lysets hastighed og erstattercmed partikelhastighedenv:
mv ^ 2 = hf
Næste udskiftningfmedv / λ(fra bølgehastighedsligningen, hvorλ[lambda] er bølgelængde) og forenkler:
\ lambda = \ frac {h} {mv}
Endelig fordi momentumser lig med massemgange hastighedv:
\ lambda = \ frac {h} {p}
Dette er kendt som de Broglie ligningen. Som med enhver bølgelængde er standard måleenhed for de Broglie bølgelængde meter (m).
de Broglie bølgelængdeberegninger
Tips
Bølgelængden for en partikel af momentumser givet ved: λ = h / p
hvorλ er bølgelængde i meter (m),her Plancks konstant i joule-sekunder (6,63 × 10-34 Js) ogser momentum i kilogram-meter pr. sekund (kgm / s).
Eksempel:Hvad er de Broglie bølgelængde på 9,1 × 10-31 × 106 Frk?
Siden:
Bemærk, at for meget store masser - hvilket betyder noget på skalaen af hverdagsgenstande, som en baseball eller en bil - bliver denne bølgelængde forsvindende lille. Med andre ord har de Broglie-bølgelængden ikke stor indflydelse på opførslen af objekter, vi kan observere uden hjælp; det er ikke nødvendigt at bestemme, hvor en baseballbane vil lande, eller hvor meget kraft det tager at skubbe en bil ned ad vejen. De Broglie-bølgelængden for en elektron er dog en væsentlig værdi i beskrivelsen af, hvad elektroner gør, da en elektrons hvilemasse er lille nok til at sætte den på kvanteskalaen.