Hipoteza De Broglie'a sugeruje, że cała materia wykazuje właściwości falowe i odnosi się do obserwowanego długość fali materii do jej rozpędu. Po Albert Einstein'steoria fotonów został zaakceptowany, pojawiło się pytanie, czy dotyczy to tylko światła, czy też obiekty materialne również zachowują się jak fale. Oto jak powstała hipoteza De Broglie.
Teza De Broglie
W swojej rozprawie doktorskiej z 1923 r. (Lub 1924 r., W zależności od źródła) francuski fizyk Louis de Broglie odważnie twierdził. Biorąc pod uwagę stosunek długości fali Einsteina lambda do rozpędu pde Broglie zaproponował, aby ten związek określał długość fali dowolnej materii w związku:
lambda = h / p
Odwołaj to h jest stałą Plancka
Ta długość fali nazywa się długość fali de Broglie. Powodem, dla którego wybrał równanie pędu zamiast równania energii, jest to, że nie było jasne, z materią, czy mi powinna być całkowita energia, energia kinetyczna lub całkowita energia relatywistyczna. W przypadku fotonów wszystkie są takie same, ale nie w przypadku materii.
Zakładając zależność pędu, pozwoliło jednak na wyprowadzenie podobnej zależności de Broglie dla częstotliwości fa za pomocą energii kinetycznej mik:
fa = mik / h
Alternatywne preparaty
Relacje De Broglie są czasami wyrażane jako stała Diraca, h-bar = h / (2Liczba Pi) i częstotliwość kątową w i liczba falowa k:
p = h-bar * kEk
= h-bar * w
Potwierdzenie eksperymentalne
W 1927 r. Fizycy Clinton Davisson i Lester Germer z Bell Labs przeprowadzili eksperyment, w którym wystrzelili elektrony w krystaliczny nikiel. Otrzymany wzór dyfrakcji pasował do prognoz długości fali de Broglie. De Broglie otrzymał nagrodę Nobla z 1929 r. Za swoją teorię (po raz pierwszy przyznano ją za doktorat teza) i Davisson / Germer wspólnie wygrali ją w 1937 r. za eksperymentalne odkrycie dyfrakcji elektronów (a tym samym udowodnienie hipotezy de Broglie'a).
Dalsze eksperymenty potwierdziły hipotezę de Broglie, w tym warianty kwantowe eksperyment z podwójną szczeliną. Eksperymenty dyfrakcyjne w 1999 r. Potwierdziły długość fali de Broglie dla zachowania cząsteczek tak dużych jak buckyball, które są złożonymi cząsteczkami złożonymi z 60 lub więcej atomów węgla.
Znaczenie hipotezy de Broglie
Hipoteza de Broglie pokazała, że dualność falowo-cząsteczkowa nie była jedynie nienormalnym zachowaniem światła, ale raczej była podstawową zasadą wykazywaną zarówno przez promieniowanie, jak i materię. Jako takie, możliwe staje się zastosowanie równań falowych do opisu zachowania materiału, o ile właściwie zastosuje się długość fali de Broglie. Okazałoby się to kluczowe dla rozwoju mechaniki kwantowej. Jest to teraz integralna część teorii budowy atomowej i fizyki cząstek.
Obiekty makroskopowe i długość fali
Chociaż hipoteza de Broglie przewiduje długości fal dla materii dowolnej wielkości, istnieją realistyczne ograniczenia, kiedy jest ona użyteczna. Baseball rzucony w dzban ma długość fali de Broglie, która jest mniejsza niż średnica protonu o około 20 rzędów wielkości. Aspekty falowe obiektu makroskopowego są tak małe, że nie można ich zaobserwować w żadnym użytecznym sensie, choć są interesujące do rozważenia.