De Broglie hipotēze ierosina, ka visai matērijai piemīt viļņiem līdzīgas īpašības un tā saista novēroto viļņa garums matērija līdz tā impulsam. Pēc Alberta Einšteinafotonu teorija Kad tas kļuva pieņemts, kļuva jautājums, vai tas attiecas tikai uz gaismu, vai arī materiālie objekti izrāda viļņveidīgu izturēšanos. Lūk, kā tika izstrādāta De Broglie hipotēze.
De Broglie tēze
Savā 1923. (vai 1924. gadā, atkarībā no avota) doktora disertācijā franču fiziķis Luiss de Brogijs izteica drosmīgu apgalvojumu. Ņemot vērā Einšteina viļņa garuma attiecības lambda uz impulsu lpp, de Broglie ierosināja, ka šīs attiecības noteiks jebkuras vielas viļņa garumu attiecībās:
lambda = h / lpp
atcerieties to h ir Planka konstante
Šo viļņa garumu sauc par de Broglie viļņa garums. Iemesls, kāpēc viņš izvēlējās impulsa vienādojumu pār enerģijas vienādojumu, ir tas, ka ar matēriju nebija skaidrs, vai E jābūt kopējai enerģijai, kinētiskajai enerģijai vai kopējai relativistiskajai enerģijai. Fotoniem tie visi ir vienādi, bet matērijai - ne.
Pieņemot, ka impulsa attiecības tomēr ļāva atvasināt līdzīgu de Broglie attiecību frekvencei f izmantojot kinētisko enerģiju Ek:
f = Ek / h
Alternatīvas zāļu formas
De Broglie attiecības dažreiz tiek izteiktas kā Diraka konstante, h-bārs = h / (2pi) un leņķiskā frekvence w un wavenumber k:
lpp = h-bārs * kEk
= h-bārs * w
Eksperimentāls apstiprinājums
1927. gadā fiziķi Klintons Deivissons un Lesters Germers no Bell Labs veica eksperimentu, kur viņi izšāva elektronus pie kristāliska niķeļa mērķa. Iegūtais difrakcijas modelis atbilda de Broglie viļņa garuma prognozēm. De Broglie par savu teoriju saņēma 1929. gada Nobela prēmiju (pirmo reizi tā tika piešķirta par doktora grādu). disertācija) un Deivisons / Germers to 1937. gadā kopīgi ieguva elektronu difrakcijas eksperimentālai atklāšanai (un tādējādi pierādot de Broglie hipotēzi).
Turpmākajos eksperimentos ir atzīta, ka De Broglie hipotēze ir patiesa, ieskaitot dubultā spraugas eksperiments. Diffrakcijas eksperimenti 1999. gadā apstiprināja de Broglie viļņa garumu tādu molekulu uzvedībai, kas ir tikpat lielas kā sprādzienbumbas, kas ir sarežģītas molekulas, kas sastāv no 60 vai vairāk oglekļa atomiem.
De Broglie hipotēzes nozīme
De Broglie hipotēze parādīja, ka viļņu daļiņu dualitāte nebija tikai gaismas novirzes izturēšanās, bet drīzāk pamatprincips, ko izstaro gan starojums, gan matērija. Materiālu izturēšanās aprakstīšanai kļūst iespējams izmantot viļņu vienādojumus, ja vien tie pareizi piemēro de Broglie viļņa garumu. Tas izrādīsies izšķirošs kvantu mehānikas attīstībā. Tagad tā ir atomu struktūras un daļiņu fizikas teorijas neatņemama sastāvdaļa.
Makroskopiski objekti un viļņa garums
Lai arī de Broglie hipotēze paredz viļņu garumu jebkura lieluma matērijai, ir reāli ierobežojumi, kad tā ir noderīga. Beisbolā, kas izmests pie krūzes, ir de Broglie viļņa garums, kas ir aptuveni par 20 lielumiem mazāks par protona diametru. Makroskopiskā objekta viļņu aspekti ir tik niecīgi, ka tie nav pamanāmi nevienā noderīgā nozīmē, kaut arī ir interesanti par to.