De Broglie bølgelængde hypotese oversigt

De Broglie-hypotesen foreslår, at alt stof udviser bølgelignende egenskaber og relaterer de observerede bølgelængde af materie til dens momentum. Efter Albert Einsteinsfotonteori blev accepteret, blev spørgsmålet, om dette kun var tilfældet for lys, eller om materielle genstande også udviste bølgelignende opførsel. Sådan blev De Broglie-hypotesen udviklet.

I hans doktorafhandling fra 1923 (eller 1924, afhængigt af kilden), den franske fysiker Louis de Broglie fremsatte en dristig påstand. I betragtning af Einsteins forhold til bølgelængde lambda til fart p, de Broglie foreslog, at dette forhold ville bestemme bølgelængden af ​​ethvert spørgsmål i forholdet:

lambda = h / p

husk det h er Plancks konstante

Denne bølgelængde kaldes de Broglie bølgelængde. Årsagen til at han valgte momentumligningen frem for energiligningen er, at det var uklart med stof, om E skal være total energi, kinetisk energi eller total relativistisk energi. For fotoner er de alle de samme, men ikke for sagen.

Hvis man antager momentum-forholdet, tillod det imidlertid afledningen af ​​et lignende de Broglie-forhold for frekvens f ved hjælp af den kinetiske energi E_k:

f = E_k / h

De Broglies forhold udtrykkes undertiden i form af Diracs konstante, h-bar = h / (2pi), og vinkelfrekvensen w og bølgetal k:

p = h-bar * kE_k

= h-bar * w

I 1927 udførte fysikerne Clinton Davisson og Lester Germer fra Bell Labs et eksperiment, hvor de fyrede elektroner mod et krystallinsk nikkelmål. Det resulterende diffraktionsmønster stemte overens med forudsigelserne af de Broglie-bølgelængden. De Broglie modtog Nobelprisen i 1929 for sin teori (første gang den nogensinde blev tildelt for en ph.d. afhandling) og Davisson / Germer vandt det sammen i 1937 til den eksperimentelle opdagelse af elektrondiffraktion (og dermed beviset for de Broglies hypotese).

Yderligere eksperimenter har vurderet, at de Broglies hypotese er sand, inklusive kvantevarianterne af eksperiment med dobbelt spalte. Diffraktionsforsøg i 1999 bekræftede de Broglie-bølgelængden for molekylers opførsel så store som buckyballs, som er komplekse molekyler, der består af 60 eller flere carbonatomer.

De Broglie-hypotesen viste, at bølge-partikeldualitet ikke kun var en afvigende opførsel af lys, men snarere var et grundlæggende princip, der blev udstillet af både stråling og stof. Som sådan bliver det muligt at bruge bølgeforligninger til at beskrive materiel opførsel, så længe man korrekt anvender de Broglie-bølgelængden. Dette ville vise sig afgørende for udviklingen af ​​kvantemekanik. Det er nu en integreret del af teorien om atomstruktur og partikelfysik.

Selvom de Broglies hypotese forudsiger bølgelængder for stof af enhver størrelse, er der realistiske grænser for, hvornår det er nyttigt. En baseball kastet på en kande har en de Broglie-bølgelængde, der er mindre end diameteren af ​​en proton med ca. 20 størrelsesordener. Bølgeforholdene ved et makroskopisk objekt er så små, at de ikke kan observeres i nogen nyttig forstand, selvom de er interessante at muse om.