Den franske fysikeren Louis de Broglie vant Nobelprisen i 1929 for banebrytende arbeid innen kvantemekanikk. Hans arbeid med å vise matematisk hvordan subatomære partikler deler noen bølgeegenskaper ble senere bevist korrekt gjennom eksperiment.
Wave-Particle Duality
Partikler som har både bølge- og partikkelegenskaper sies å habølge-partikkel dualitet. Dette naturlige fenomenet ble først observert i elektromagnetisk stråling, eller lys, som kan beskrives som enten en elektromagnetisk bølge eller en partikkel kjent som fotonet.
Når du fungerer som en bølge, følger lys de samme reglene som andre bølger i naturen. For eksempel, i et dobbelt spalteeksperiment, viser de resulterende mønstrene av bølgeforstyrrelse lysets bølgenatur.
I andre situasjoner viser lys partikkelignende oppførsel, for eksempel når man observerer den fotoelektriske effekten eller Compton-spredning. I disse tilfellene ser det ut til at fotoner beveger seg i diskrete pakker med kinetisk energi som følger de samme bevegelsesregler som andre partikler (selv om fotoner er masseløse).
Matter Waves and de Broglie Hypothesis
De Broglie-hypotesen er ideen om at materie (alt med masse) også kan ha bølgelignende egenskaper. Dessuten er disse resulterende materiebølgene sentrale i en kvantemekanisk forståelse av verden - uten dem ville forskere ikke kunne beskrive naturen i sin minste skala.
Dermed er materieens bølgevarakter mest merkbar i kvanteteorien, for eksempel når man studerer oppførselen til elektroner. De Broglie var i stand til å bestemme matematisk hva bølgelengden til et elektron skulle være ved å koble Albert Einsteins masse-energi-ekvivalensligning (E = mc2) med Plancks ligning (E = hf), bølgehastighetsligningen (v = λf) og momentum i en serie substitusjoner.
Å sette de to første ligningene lik hverandre under antagelse om at partikler og deres bølgeformer ville ha like energi:
E = mc ^ 2 = hf
(hvorEer energi,mer masse ogcer lysets hastighet i vakuum,her Planck konstant ogfer frekvens).
Da, fordi massive partikler ikke beveger seg med lysets hastighet og erstattercmed partikkelens hastighetv:
mv ^ 2 = hf
Neste erstatterfmedv / λ(fra bølgehastighetsligningen, hvorλ[lambda] er bølgelengde), og forenkler:
\ lambda = \ frac {h} {mv}
Endelig, fordi fartser lik massemganger hastighetv:
\ lambda = \ frac {h} {p}
Dette er kjent som de Broglie-ligningen. Som med enhver bølgelengde er standard måleenhet for de Broglie bølgelengde meter (m).
de Broglie Bølgelengdeberegninger
Tips
Bølgelengden for en partikkel av momentumser gitt av: λ = h / p
hvorλ er bølgelengde i meter (m),her Plancks konstant i joule-sekunder (6,63 × 10-34 Js) ogser momentum i kilogram-meter per sekund (kgm / s).
Eksempel:Hva er de Broglie bølgelengde på 9,1 × 10-31 × 106 m / s?
Siden:
Merk at for veldig store masser - som betyr noe på skalaen til hverdagsgjenstander, som en baseball eller en bil - blir denne bølgelengden forsvinnende liten. Med andre ord har ikke de Broglie-bølgelengden stor innvirkning på oppførselen til objekter vi kan observere uten hjelp; det er ikke nødvendig å bestemme hvor en baseballbane vil lande, eller hvor mye kraft det tar å skyve en bil nedover veien. De Broglie-bølgelengden til et elektron er imidlertid en betydelig verdi i å beskrive hva elektroner gjør, siden resten av et elektron er liten nok til å sette det på kvanteskalaen.