Francuski fizičar Louis de Broglie dobio je Nobelovu nagradu 1929. za revolucionarni rad u kvantnoj mehanici. Njegov rad na tome da matematički pokaže kako subatomske čestice dijele neka svojstva valova kasnije je dokazano točnim kroz eksperiment.
Dvojnost valova i čestica
Kaže se da imaju čestice koje pokazuju svojstva valova i česticadualnost val-čestica. Ovaj prirodni fenomen prvi je put primijećen kod elektromagnetskog zračenja ili svjetlosti, što se može opisati ili kao elektromagnetski val ili kao čestica poznata kao foton.
Kad djeluje kao val, svjetlost slijedi ista pravila kao i ostali valovi u prirodi. Na primjer, u eksperimentu s dvostrukim prorezima, rezultirajući obrasci interferencije valova pokazuju valnu prirodu svjetlosti.
U drugim situacijama svjetlost pokazuje ponašanje nalik na čestice, poput promatranja fotoelektričnog efekta ili Comptonovog raspršenja. U tim se slučajevima čini da se fotoni kreću u diskretnim paketima kinetičke energije slijedeći ista pravila kretanja kao i bilo koja druga čestica (iako su fotoni bez mase).
Valovi materije i hipoteza de Broglie
De Broglieova hipoteza je ideja da materija (bilo što s masom) također može pokazivati svojstva poput valova. Štoviše, ovi rezultirajući valovi materije središnji su za kvantno-mehaničko razumijevanje svijeta - bez njih znanstvenici ne bi mogli opisati prirodu u najmanjoj mjeri.
Stoga je valna priroda materije najprimjetnija u kvantnoj teoriji, na primjer pri proučavanju ponašanja elektrona. De Broglie je mogao matematički odrediti kolika bi trebala biti valna duljina elektrona povezivanjem jednadžbe ekvivalencije mase-energije Alberta Einsteina (E = mc2) s Planckovom jednadžbom (E = hf), jednadžbom brzine vala (v = λf) i zamahom u nizu supstitucija.
Postavljanje prvih dviju jednadžbi jednakih jedna drugoj pod pretpostavkom da bi čestice i njihovi valni oblici imali jednake energije:
E = mc ^ 2 = hf
(gdjeEje energija,mje masa icje brzina svjetlosti u vakuumu,hje Planckova konstanta ifje frekvencija).
Zatim, jer masivne čestice ne putuju brzinom svjetlosti, zamjenjujućicbrzinom česticev:
mv ^ 2 = hf
Sljedeća zamjenafsv / λ(iz jednadžbe brzine vala, gdjeλ[lambda] je valna duljina), i pojednostavljujući:
\ lambda = \ frac {h} {mv}
Napokon, jer zamahstrjednak je masimputa brzinav:
\ lambda = \ frac {h} {p}
To je poznato kao de Broglieova jednadžba. Kao i za svaku valnu duljinu, standardna mjerna jedinica za de Broglieovu valnu duljinu je metri (m).
de Broglie Izračun valne duljine
Savjeti
Valna duljina za česticu zamahastrdana je: λ = h / p
gdjeλ je valna duljina u metrima (m),hje Planckova konstanta u džulima-sekundama (6,63 × 10-34 Js) istrje zamah u kilogramima u sekundi (kgm / s).
Primjer:Kolika je de Broglieova valna duljina 9,1 × 10-31 × 106 m / s?
Od:
Imajte na umu da za vrlo velike mase - što znači nešto na ljestvici svakodnevnih predmeta, poput bejzbola ili automobila - ova valna duljina postaje nestajuće mala. Drugim riječima, de Broglieova valna duljina nema puno utjecaja na ponašanje objekata koje možemo promatrati bez pomoći; nije potrebno odrediti gdje će sletjeti teren za bejzbol ili kolika je sila potrebna za guranje automobila niz cestu. De Broglieova valna duljina elektrona, međutim, značajna je vrijednost u opisivanju elektrona, budući da je ostatna masa elektrona dovoljno mala da ga stavi na kvantnu ljestvicu.