Francoski fizik Louis de Broglie je leta 1929 dobil Nobelovo nagrado za prelomno delo v kvantni mehaniki. Njegovo delo, da bi matematično prikazal, kako imajo subatomski delci nekatere valovne lastnosti, je bilo kasneje dokazano pravilno z eksperimentom.
Dvojnost valov in delcev
Delci, ki kažejo lastnosti valov in delcev, naj bi jih imelidualnost valov-delcev. Ta naravni pojav so prvič opazili pri elektromagnetnem sevanju ali svetlobi, ki jo lahko opišemo kot elektromagnetno valovanje ali kot delček, znan kot foton.
Ko deluje kot val, svetloba sledi istim pravilom kot drugi valovi v naravi. Na primer, v eksperimentu z dvojno režo dobljeni vzorci valovnih motenj prikažejo svetlobno valovno naravo.
V drugih situacijah svetloba kaže delcem podobno vedenje, na primer pri opazovanju fotoelektričnega učinka ali Comptonovega sipanja. V teh primerih se zdi, da se fotoni gibljejo v diskretnih zavojčkih kinetične energije po enakih pravilih gibanja kot kateri koli drugi delci (čeprav so fotoni brez mase).
Matter Waves in de Brogliejeva hipoteza
De Brogliejeva hipoteza je ideja, da ima lahko snov (kar koli z maso) tudi valovite lastnosti. Poleg tega so ti posledični valovi snovi osrednjega pomena za kvantno mehansko razumevanje sveta - brez njih znanstveniki ne bi mogli opisati narave v najmanjšem obsegu.
Tako je valovna narava snovi najbolj opazna v kvantni teoriji, na primer pri proučevanju vedenja elektronov. De Broglie je lahko matematično določil, kakšna naj bo valovna dolžina elektrona, tako da je povezal enačbo enakovrednosti mase in energije Alberta Einsteina (E = mc2) s Planckovo enačbo (E = hf), enačbo valovne hitrosti (v = λf) in zagonom v nizu substitucij.
Nastavitev prvih dveh enačb med seboj enakih ob predpostavki, da bi imeli delci in njihove valovne oblike enake energije:
E = mc ^ 2 = hf
(kjeEje energija,mje masa incje hitrost svetlobe v vakuumu,hje Planckova konstanta infje frekvenca).
Potem, ker masivni delci ne potujejo s svetlobno hitrostjo, se nadomeščajocs hitrostjo delcav:
mv ^ 2 = hf
Naslednja zamenjavafsv / λ(iz enačbe hitrosti valovanja, kjerλ[lambda] je valovna dolžina) in poenostavitev:
\ lambda = \ frac {h} {mv}
Končno, ker zagonstrje enako masimkrat hitrostv:
\ lambda = \ frac {h} {p}
To je znano kot de Brogliejeva enačba. Kot pri vseh valovnih dolžinah je standardna merska enota za de Brogliejevo valovno dolžino metrov (m).
de Broglie Izračuni valovne dolžine
Nasveti
Valovna dolžina delca gibastrje podana z: λ = h / p
kjeλ je valovna dolžina v metrih (m),hje Planckova konstanta v džulih-sekundah (6,63 × 10-34 Js) instrje zagon v kilogramih metrov na sekundo (kgm / s).
Primer:Kolikšna je de Brogliejeva valovna dolžina 9,1 × 10-31 × 106 gospa?
Od:
Upoštevajte, da pri zelo velikih množicah - kar pomeni nekaj na lestvici vsakdanjih predmetov, na primer baseball ali avto - ta valovna dolžina postane izginilo majhna. Z drugimi besedami, de Brogliejeva valovna dolžina nima velikega vpliva na vedenje predmetov, ki jih lahko opazujemo brez pomoči; ni treba določiti, kje bo pristalo igrišče za baseball ali koliko sile bo potrebno za potiskanje avtomobila po cesti. De Brogliejeva valovna dolžina elektrona pa je pomembna vrednost pri opisovanju tega, kaj elektroni počnejo, saj je preostala masa elektrona dovolj majhna, da ga lahko postavi na kvantno lestvico.
