ფრანგმა ფიზიკოსმა ლუი დე ბროგლიმ ნობელის პრემია მოიპოვა 1929 წელს კვანტური მექანიკის ინოვაციური მუშაობისთვის. მისი ნამუშევარი მათემატიკურად იმის საჩვენებლად, თუ როგორ იზიარებენ სუბატომიური ნაწილაკები ტალღის ზოგიერთ თვისებას, მოგვიანებით სწორი აღმოჩნდა ექსპერიმენტის მეშვეობით.
ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა
ნათქვამია, რომ აქვთ ნაწილაკები, რომლებიც გამოხატავენ როგორც ტალღის, ისე ნაწილაკების თვისებებსტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა. ეს ბუნებრივი მოვლენა პირველად დაფიქსირდა ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებაში, ან სინათლეში, რომელიც შეიძლება აღწერილი იყოს როგორც ელექტრომაგნიტური ტალღა ან ნაწილაკი, რომელიც ფოტონის სახელით არის ცნობილი.
როდესაც ტალღა მოქმედებს, სინათლე იცავს იგივე წესებს, როგორც ბუნებაში არსებულ სხვა ტალღებს. მაგალითად, ორმაგი ნაპრალის ექსპერიმენტში, ტალღების ჩარევის შედეგად მიღებული ნიმუშები აჩვენებს სინათლის ტალღის ბუნებას.
სხვა სიტუაციებში, სინათლე ავლენს ნაწილაკების მსგავს ქცევას, მაგალითად, ფოტოელექტრული ეფექტის დაკვირვებისას ან კომპტონის გაფანტვის დროს. ამ შემთხვევებში, როგორც ჩანს, ფოტონები მოძრაობენ კინეტიკური ენერგიის დისკრეტულ პაკეტებში, მოძრაობის იგივე წესების დაცვით, როგორც ნებისმიერი სხვა ნაწილაკი (მიუხედავად იმისა, რომ ფოტონები არის მასა).
Matter Waves და de Broglie ჰიპოთეზა
დე ბროგლის ჰიპოთეზა არის იდეა, რომ მატერიას (მასის მქონე ყველაფერი) ასევე შეიძლება გამოავლინოს ტალღისებური თვისებები. უფრო მეტიც, ამ მატერიის ტალღები წარმოადგენენ სამყაროს კვანტურ მექანიკურ გაგებას - მათ გარეშე, მეცნიერები ვერ შეძლებენ ბუნების აღწერას მისი ყველაზე მცირე მასშტაბით.
ამრიგად, მატერიის ტალღური ბუნება ყველაზე მეტად შესამჩნევია კვანტურ თეორიაში, მაგალითად, ელექტრონების ქცევის შესწავლისას. დე ბროგლიმ შეძლო მათემატიკურად დაედგინა რა უნდა იყოს ელექტრონის ტალღის სიგრძე ალბერტ აინშტაინის მასა-ენერგიის ექვივალენტურობის განტოლების შეერთებით (E = mc2) პლანკის განტოლებით (E = hf), ტალღის სიჩქარის განტოლებით (v = λf) და იმპულსი შეცვლის სერიაში.
პირველი ორი განტოლების ტოლი ერთმანეთის ტოლია იმ დაშვებით, რომ ნაწილაკებსა და მათ ტალღურ ფორმებს ექნებათ თანაბარი ენერგია:
E = mc ^ 2 = hf
(სადეარის ენერგია,მარის მასა დაგარის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში,თარის პლანკის მუდმივა დავსიხშირეა).
ამის შემდეგ, რადგან მასიური ნაწილაკები არ მოძრაობენ სინათლის სიჩქარით, იცვლებიანგნაწილაკის სიჩქარითვ:
mv ^ 2 = hf
შემდეგი ჩანაცვლებავთანv / λ(ტალღის სიჩქარის განტოლებიდან, სადλ[lambda] არის ტალღის სიგრძე) და ამარტივებს:
\ lambda = \ frac {h} {mv}
დაბოლოს, რადგან იმპულსიგვტოლია მასისამჯერ სიჩქარეv:
\ lambda = \ frac {h} {p}
ეს ცნობილია როგორც დე ბროლის განტოლება. როგორც ნებისმიერი ტალღის სიგრძისთვის, დე ბროგლის ტალღის სიგრძის სტანდარტული საზომი ერთეულია მეტრი (მ).
დე ბროლის ტალღის სიგრძის გამოთვლები
Რჩევები
ტალღის სიგრძე იმპულსის ნაწილაკისთვისგვმოცემულია: λ = სთ / გვ
სადλ არის ტალღის სიგრძე მეტრებში (მ),თარის პლანკის მუდმივი ჯოულ წამში (6,63 10)-34 კს) დაგვარის იმპულსი კილომეტრ წამში (კგ / წმ).
მაგალითი:რა არის დე ბროგლის ტალღის სიგრძე 9.1 × 10-31 × 106 ქალბატონი?
მას შემდეგ, რაც:
გაითვალისწინეთ, რომ ძალიან დიდი მასებისთვის - რაც ნიშნავს ყოველდღიური საგნების მასშტაბებს, მაგალითად ბეისბოლის ან მანქანის - ეს ტალღის სიგრძე გაქრება მცირედ. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, დე ბროლის ტალღის სიგრძე დიდ გავლენას არ ახდენს იმ ობიექტების ქცევაზე, რომელსაც შეგვიძლია დაუკვირვებად დავიცვათ; ეს არ არის საჭირო იმის დასადგენად, თუ სად დაეცემა ბეისბოლის მოედანი ან რა ძალა სჭირდება მანქანას გზაზე გასასვლელად. ელექტრონის დე ბროგლის ტალღის სიგრძე მნიშვნელოვან მნიშვნელობას ანიჭებს ელექტრონებს, რადგან ელექტრონის დანარჩენი მასა საკმარისად მცირეა იმისათვის, რომ იგი კვანტურ სკალაზე დააყენოს.