Pregled hipoteze valne duljine De Broglie

De Broglieva hipoteza predlaže da sva materija ima talasna svojstva i odnosi promatrano valna duljina od materije do momenta. Nakon Alberta Einsteinateorija fotona postalo prihvaćeno, postalo se pitanje je li to istina samo za svjetlost ili su materijalni predmeti također pokazali ponašanje poput vala. Evo kako se razvijala hipoteza De Broglie.

U svojoj 1923. (ili 1924., ovisno o izvoru) doktorsku disertaciju, francuski fizičar Louis de Broglie iznio hrabru tvrdnju. S obzirom na Einsteinov odnos valne duljine À do zamaha p, de Broglie je predložio da taj odnos odredi valnu duljinu bilo koje materije u odnosu:

À = h / p

sjetite se toga h je Planckova konstanta

Ova se valna duljina naziva de Broglieva valna duljina. Razlog zbog kojeg je odabrao jednadžbu momenta preko energetske jednadžbe je taj što, s obzirom na materiju, nije bilo jasno hoće li E treba biti ukupna energija, kinetička energija ili ukupna relativistička energija. Za fotone su svi isti, ali nisu toliko stvarni.

Pretpostavljajući odnos momenta, međutim, omogućila je izvedbu sličnog de Broglieva odnosa za frekvenciju f koristeći kinetičku energiju E_k:

f = E_k / h

De Broglijev odnos se ponekad izražava i kao Diracova konstanta, h-bar = h / (2pobožan) i kutne frekvencije w i valovni broj k:

p = h-bar * kE_k

= h-bar * w

1927. fizičari Clinton Davisson i Lester Germer iz tvrtke Bell Labs izveli su eksperiment u kojem su ispaljivali elektrone na kristalnu metlu nikla. Rezultirajući difrakcijski uzorak podudarao se s predviđanjima de Broglieve valne duljine. De Broglie je za svoju teoriju dobio Nobelovu nagradu 1929. godine (prvi put da je ikada dodijeljen za doktorat. tezu) i Davisson / Germer zajednički su ga pobijedili 1937. godine za eksperimentalno otkrivanje elektronske difrakcije (i time dokazivanje de Broglieve hipoteze).

Daljnji eksperimenti smatrali su da je de Broglieva hipoteza istinita, uključujući kvantne inačice eksperiment s dvostrukim prorezom. Difrakcijski eksperimenti 1999. godine potvrdili su de Broglievu valnu duljinu za ponašanje molekula velikih poput bubica, to su složene molekule sastavljene od 60 ili više ugljikovih atoma.

De Broglijeva hipoteza pokazala je da dualnost valova-čestica nije samo ablerantno ponašanje svjetla, već je osnovni princip izložen i zračenjem i materijom. Kao takva, postaje moguće koristiti valne jednadžbe za opisivanje materijalnog ponašanja, sve dok se pravilno primjenjuje de Broglijeva valna duljina. To bi se pokazalo ključnim za razvoj kvantne mehanike. Sada je sastavni dio teorije atomske strukture i fizike čestica.

Iako de Brogliejeva hipoteza predviđa valne duljine za materiju bilo koje veličine, postoje realna ograničenja o tome kada je to korisno. Baseball bačen u bacač ima de Broglievu valnu duljinu koja je manja od promjera protona za oko 20 reda veličine. Valni aspekti makroskopskog objekta toliko su sitni da su neprimjećeni u bilo kojem korisnom smislu, iako zanimljivi za razmišljanje.