Ipoteza lui De Broglie propune că toată materia prezintă proprietăți asemănătoare valurilor și raportează cele observate lungime de undă de materie până la impulsul ei. După A lui Albert Einsteinteoria fotonilor a devenit acceptată, întrebarea a devenit dacă acest lucru este valabil numai pentru lumină sau dacă obiectele materiale prezintă și un comportament asemănător undelor. Iată cum a fost dezvoltată ipoteza De Broglie.
Teza lui De Broglie
În 1923 (sau în 1924, în funcție de sursă), doctoratul de doctorat, fizicianul francez Louis de Broglie a făcut o afirmație îndrăzneață. Având în vedere relația lui Einstein cu lungimea de undă lambda să impulsioneze p, de Broglie a propus ca această relație să determine lungimea de undă a oricărei materii, în relația:
lambda = h / p
amintiți-vă că h este constanta lui Planck
Această lungime de undă se numește de Broglie lungimea de undă. Motivul pentru care a ales ecuația de moment față de ecuația energetică este faptul că nu era clar, indiferent de materie
E ar trebui să fie energie totală, energie cinetică sau energie relativistă totală. Pentru fotoni, aceștia sunt la fel, dar nu atât pentru materie.Presupunând, însă, relația de moment, a permis derivarea unei relații similare de Broglie pentru frecvență f folosind energia cinetică Ek:
f = Ek / h
Formulări alternative
Relațiile lui De Broglie sunt uneori exprimate în termenii constantei lui Dirac, h-bar = h / (2pi) și frecvența unghiulară w și wavenumber k:
p = h-bar * kEk
= h-bar * w
Confirmare experimentală
În 1927, fizicienii Clinton Davisson și Lester Germer, de la Bell Labs, au efectuat un experiment în care au tras electroni la o țintă de nichel cristalină. Modelul de difracție rezultat s-a potrivit cu predicțiile lungimii de undă de de Broglie. De Broglie a primit premiul Nobel din 1929 pentru teoria sa (prima dată când a fost premiat vreodată pentru un doctorat. teză) și Davisson / Germer au câștigat-o în 1937 pentru descoperirea experimentală a difracției electronilor (și, prin urmare, pentru dovedirea ipotezei de Broglie).
Alte experimente au considerat că ipoteza lui Broglie este adevărată, inclusiv variantele cuantice ale experiment dublu fanta. Experimentele de difracție din 1999 au confirmat lungimea de undă de Broglie pentru comportamentul unor molecule la fel de mari ca buckyball-urile, care sunt molecule complexe formate din 60 sau mai mulți atomi de carbon.
Semnificația ipotezei de Broglie
Ipoteza de Broglie a arătat că dualitatea undă-particule nu a fost doar un comportament aberant de lumină, ci a fost un principiu fundamental prezentat atât de radiație, cât și de materie. Ca atare, devine posibil să se utilizeze ecuații de undă pentru a descrie comportamentul material, atât timp cât se aplică corect lungimea de undă de Broglie. Acest lucru s-ar dovedi crucial pentru dezvoltarea mecanicii cuantice. Acum este parte integrantă a teoriei structurii atomice și fizicii particulelor.
Obiecte macroscopice și lungime de undă
Deși ipoteza lui Broglie prezice lungimi de undă pentru materia de orice dimensiune, există limite realiste cu privire la momentul în care este utilă. Un baseball aruncat la un ulcior are o lungime de undă de Broglie care este mai mică decât diametrul unui proton cu aproximativ 20 de ordine de mărime. Aspectele de undă ale unui obiect macroscopic sunt atât de minuscule încât nu pot fi observate în orice sens util, deși interesant pentru muze.