Ipoteza De Broglie

Ipoteza lui De Broglie propune că toată materia prezintă proprietăți asemănătoare undelor și raportează lungimea de undă a materiei observată cu momentul său. După ce teoria fotonului lui Albert Einstein a devenit acceptată, întrebarea a devenit dacă acest lucru este valabil doar pentru lumină sau dacă obiectele materiale au prezentat și un comportament asemănător undelor. Iată cum a fost dezvoltată ipoteza De Broglie.

Teza lui De Broglie

În disertația de doctorat din 1923 (sau în 1924, în funcție de sursă), 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 relație:

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 E_k:

f = E_k / 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 * kE_k

= 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 o teză de doctorat), iar Davisson / Germer l-au câștigat în 1937 pentru descoperirea experimentală a difracției de electroni (și, prin urmare, pentru dovedirea lui Broglie ipoteză).

Alte experimente au considerat că ipoteza lui Broglie este adevărată, inclusiv variantele cuantice ale experimentului cu dublă fanta. Experimentele de difracție din 1999 au confirmat lungimea de undă de Broglie pentru comportamentul moleculelor 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 valului unui obiect macroscopic sunt atât de minuscule încât nu pot fi observate în orice sens util, deși interesante pentru.