Louis de Broglie francia fizikus 1929-ben Nobel-díjat nyert a kvantummechanikában végzett áttörő munkáért. Később kísérletekkel igazolta, hogy matematikailag megmutatja, hogy a szubatomi részecskék miként osztoznak egyes hullámtulajdonságokon.
Hullám-részecske kettősség
Állítólag vannak hullám- és részecsketulajdonságokkal rendelkező részecskékhullám-részecske kettősség. Ezt a természeti jelenséget először elektromágneses sugárzásban vagy fényben figyelték meg, amelyet elektromágneses hullámként vagy foton néven ismert részecskeként lehet leírni.
Hullámként viselkedve a fény ugyanazokat a szabályokat követi, mint a természet többi hulláma. Például egy kettős réses kísérlet során a kapott hulláminterferencia minták a fény hullámtermészetét mutatják.
Más helyzetekben a fény részecskeszerű viselkedést mutat, például a fotoelektromos hatás megfigyelésénél vagy a Compton-szórásnál. Ezekben az esetekben a fotonok diszkrét kinetikus energiacsomagokban mozognak, ugyanazokat a mozgásszabályokat követve, mint bármely más részecske (bár a fotonok tömegtelenek).
Matter Waves és a de Broglie hipotézis
A de Broglie-hipotézis az az elképzelés, hogy az anyag (bármi, aminek van tömege) hullámhatású tulajdonságokkal is bír. Ráadásul ezek az eredő anyaghullámok központi szerepet játszanak a világ kvantummechanikai megértésében - nélkülük a tudósok nem lennének képesek leírni a természetet a legkisebb skálán.
Így az anyag hullámtermészete leginkább a kvantumelméletben figyelhető meg, például az elektronok viselkedésének tanulmányozása során. De Broglie matematikailag meg tudta határozni, hogy mekkora legyen az elektron hullámhossza, összekapcsolva Albert Einstein tömeg-energia ekvivalenciaegyenletét (E = mc2) Planck-egyenlettel (E = hf), a hullámsebesség-egyenlettel (v = λf) és lendülettel a helyettesítések sorozatában.
Az első két egyenlet egyenlő beállítása egymással azzal a feltételezéssel, hogy a részecskéknek és hullámalakjaiknak azonos energiájuk lesz:
E = mc ^ 2 = hf
(holEenergia,mtömeges ésca fény sebessége vákuumban,ha Planck-állandó ésfa frekvencia).
Aztán, mivel a hatalmas részecskék nem haladnak fénysebességgel, helyettesítveca részecske sebességévelv:
mv ^ 2 = hf
Következő pótlásfval velv / λ(a hullámsebesség egyenletéből, aholλ[lambda] hullámhossz), és leegyszerűsítve:
\ lambda = \ frac {h} {mv}
Végül, mert a lendületomegegyezik a tömeggelmszoros sebességv:
\ lambda = \ frac {h} {p}
Ezt de Broglie-egyenletnek nevezik. Mint minden hullámhossznál, a de Broglie hullámhossz standard mértékegysége méter (m).
de Broglie hullámhossz-számítások
Tippek
A lendület egy részecskéjének hullámhosszaoadja meg: λ = h / p
holλ hullámhossz méterben (m),hPlanck állandója joule-másodpercben (6,63 × 10-34 Js) ésoa lendület kilogramm méterben másodpercenként (kgm / s).
Példa:Mekkora a 9,1 × 10 de Broglie hullámhossz-31 × 106 Kisasszony?
Mivel:
Ne feledje, hogy nagyon nagy tömegeknél - ami a mindennapi tárgyak skáláján jelent valamit, például baseball vagy autó - ez a hullámhossz eltűnően kicsi lesz. Más szavakkal, a de Broglie hullámhossz nem sok hatással van azoknak a tárgyaknak a viselkedésére, amelyeket segítség nélkül megfigyelhetünk; nem szükséges annak meghatározása, hogy egy baseballpálya hol landol, vagy mennyi erő kell ahhoz, hogy egy autót lenyomjon az úton. Az elektron de Broglie hullámhossza azonban jelentős érték az elektronok működésének leírásában, mivel az elektron nyugalmi tömege elég kicsi ahhoz, hogy a kvantumskálára tegye.