Franču fiziķis Luijs de Broglijs 1929. gadā ieguva Nobela prēmiju par revolucionāru darbu kvantu mehānikā. Viņa darbs, lai matemātiski parādītu, kā subatomiskām daļiņām ir kopīgas viļņu īpašības, vēlāk tika pierādīts ar pareizu eksperimentu palīdzību.
Viļņu-daļiņu dualitāte
Mēdz teikt, ka daļiņām, kurām piemīt gan viļņu, gan daļiņu īpašībasviļņu-daļiņu dualitāte. Šī dabas parādība vispirms tika novērota elektromagnētiskajā starojumā jeb gaismā, ko var raksturot vai nu kā elektromagnētisko vilni, vai kā daļiņu, kas pazīstama kā fotons.
Darbojoties kā vilnis, gaisma ievēro tos pašus noteikumus kā citi viļņi dabā. Piemēram, veicot dubultu spraugu eksperimentu, iegūtie viļņu traucējumu modeļi parāda gaismas viļņu raksturu.
Citās situācijās gaisma izturas līdzīgi daļiņām, piemēram, novērojot fotoelektrisko efektu vai Compton izkliedi. Šādos gadījumos šķiet, ka fotoni pārvietojas atsevišķos kinētiskās enerģijas paketēs, ievērojot tos pašus kustības noteikumus kā jebkura cita daļiņa (kaut arī fotoni ir bez masas).
Matērijas viļņi un de Broglie hipotēze
De Broglie hipotēze ir ideja, ka matērijai (visam, kam ir masa) var būt arī viļņveida īpašības. Turklāt šiem radītajiem matērijas viļņiem ir galvenā nozīme pasaules kvantu mehāniskajā izpratnē - bez tiem zinātnieki nevarētu raksturot dabu mazākajā mērogā.
Tādējādi vielas viļņu daba ir visvairāk pamanāma kvantu teorijā, piemēram, pētot elektronu uzvedību. De Brolijs spēja matemātiski noteikt, kādam jābūt elektrona viļņa garumam, savienojot Alberta Einšteina masas un enerģijas ekvivalences vienādojumu (E = mc2) ar Plancka vienādojumu (E = hf), viļņu ātruma vienādojumu (v = λf) un impulsu virknē aizvietojumu.
Nosakot pirmos divus vienādojumus, kas ir vienādi viens ar otru, pieņemot, ka daļiņām un to viļņu formām būs vienādas enerģijas:
E = mc ^ 2 = hf
(kurEir enerģija,mir masa uncir gaismas ātrums vakuumā,hir Plankas konstante unfir frekvence).
Tad, tā kā masīvas daļiņas nepārsniedz gaismas ātrumu, aizstājotcar daļiņas ātrumuv:
mv ^ 2 = hf
Nākamais aizstājfarv / λ(no viļņu ātruma vienādojuma, kurλ[lambda] ir viļņa garums) un vienkāršojot:
\ lambda = \ frac {h} {mv}
Visbeidzot, jo impulsslppir vienāds ar masumreizes ātrumsv:
\ lambda = \ frac {h} {p}
Tas ir pazīstams kā de Broglie vienādojums. Tāpat kā jebkura cita viļņa garuma gadījumā, De Broglie viļņa garuma standarta mērvienība ir metri (m).
de Broglie viļņa garuma aprēķini
Padomi
Impulsa daļiņas viļņa garumslppizsaka: λ = h / p
kurλ ir viļņa garums metros (m),hir Plankas konstante džoula sekundēs (6,63 × 10-34 Js) unlppir impulss kilogramos metros sekundē (kgm / s).
Piemērs:Kāds ir de Broglie viļņa garums 9,1 × 10-31 × 106 jaunkundze?
Tā kā:
Ņemiet vērā, ka ļoti lielām masām - kas nozīmē kaut ko tādu kā ikdienas priekšmeti, piemēram, beisbols vai automašīna - šis viļņa garums kļūst pazūd. Citiem vārdiem sakot, de Broglie viļņa garumam nav lielas ietekmes uz tādu objektu uzvedību, kurus mēs varam novērot bez palīdzības; tas nav nepieciešams, lai noteiktu, kur piezemēsies beisbola laukums vai cik daudz spēka vajag, lai automašīnu nobīdītu pa ceļu. Elektrona de Broglie viļņa garums tomēr ir nozīmīga vērtība, aprakstot, ko elektroni dara, jo pārējā elektrona masa ir pietiekami maza, lai to ievietotu kvantu skalā.