Prancūzų fizikas Louisas de Broglie 1929 m. Laimėjo Nobelio premiją už novatorišką darbą kvantinės mechanikos srityje. Vėliau eksperimentais buvo įrodyta, kad jo darbas matematiškai parodyti, kaip subatominės dalelės dalijasi bangų savybėmis.
Bangų-dalelių dvilypumas
Sakoma, kad dalelės, pasižyminčios bangų ir dalelių savybėmis, turibangos-dalelės dvilypumas. Šis gamtos reiškinys pirmą kartą buvo pastebėtas elektromagnetinėje spinduliuotėje arba šviesoje, kurią galima apibūdinti kaip elektromagnetinę bangą arba dalelę, vadinamą fotonu.
Veikdama kaip banga, šviesa laikosi tų pačių taisyklių, kaip ir kitos gamtos bangos. Pavyzdžiui, atliekant dvigubo plyšio eksperimentą, gauti bangų trukdžių modeliai rodo šviesos bangų pobūdį.
Kitose situacijose šviesa elgiasi panašiai kaip dalelės, pavyzdžiui, stebėdama fotoelektrinį efektą ar „Compton“ sklaidą. Tokiais atvejais atrodo, kad fotonai juda atskiruose kinetinės energijos paketuose, laikydamiesi tų pačių judėjimo taisyklių kaip ir bet kuri kita dalelė (nors fotonai yra be masės).
Materijos bangos ir de Broglie hipotezė
De Broglie hipotezė yra idėja, kad materija (viskas, kas turi masę) taip pat gali pasižymėti bangų savybėmis. Be to, šios atsirandančios materijos bangos yra svarbiausios kvantiniam mechaniniam pasaulio supratimui - be jų mokslininkai negalėtų apibūdinti gamtos mažiausiu mastu.
Taigi medžiagos bangų pobūdis labiausiai pastebimas kvantinėje teorijoje, pavyzdžiui, tiriant elektronų elgseną. De Broglie sugebėjo matematiškai nustatyti, koks turėtų būti elektrono bangos ilgis, susiedamas Alberto Einšteino masės ir energijos ekvivalentiškumo lygtį (E = mc2) su Plancko lygtimi (E = hf), bangos greičio lygtimi (v = λf) ir impulsu pakaitų serijoje.
Nustatant pirmąsias dvi lygtis, lygias viena kitai, darant prielaidą, kad dalelės ir jų bangų formos turėtų vienodą energiją:
E = mc ^ 2 = hf
(kurEyra energija,myra masinė ircyra šviesos greitis vakuume,hyra Planko konstanta irfyra dažnis).
Tada, nes masyvios dalelės nevažiuoja šviesos greičiu, pakeisdamoscsu dalelės greičiuv:
mv ^ 2 = hf
Kitas pakeitimasfsuv / λ(iš bangos greičio lygties, kurλ[lambda] yra bangos ilgis) ir supaprastina:
\ lambda = \ frac {h} {mv}
Pagaliau, nes pagreitispyra lygus maseimkartų greitisv:
\ lambda = \ frac {h} {p}
Tai žinoma kaip de Broglie lygtis. Kaip ir bet kurio kito bangos ilgio atveju, de Broglie bangos ilgio standartinis matavimo vienetas yra metrai (m).
de Broglie bangos ilgio skaičiavimai
Patarimai
Impulsų dalelės bangos ilgisppateikiama: λ = h / p
kurλ yra bangos ilgis metrais (m),hyra Plancko konstanta džaulio sekundėmis (6,63 × 10-34 Js) irpyra pagreitis kilogramais metrais per sekundę (kgm / s).
Pavyzdys:Koks yra de Broglie bangos ilgis 9,1 × 10-31 × 106 m / s?
Nuo:
Atkreipkite dėmesį, kad labai didelėms masėms - tai reiškia ką nors kasdieninių daiktų skalėje, pavyzdžiui, beisbolas ar automobilis - šis bangos ilgis nyksta. Kitaip tariant, de Broglie bangos ilgis neturi didelės įtakos objektų, kuriuos galime stebėti be pagalbos, elgesiui; nebūtina nustatyti, kur nusileis beisbolo aikštė ar kiek jėgos reikia norint pastumti automobilį keliu. Tačiau de Broglie elektrono bangos ilgis yra reikšminga reikšmė apibūdinant elektronų veikimą, nes likusi elektrono masė yra pakankamai maža, kad ją būtų galima nustatyti kvantinėje skalėje.