Hypotéza De Broglieho vlnovej dĺžky

De Broglieho hypotéza navrhuje, aby všetka hmota mala vlnovité vlastnosti a vzťahovala pozorované vlnová dĺžka hmoty podľa svojej dynamiky. po Albert Einsteinfotónová teória sa stalo akceptované, otázka sa stala, či to platilo iba pre svetlo, alebo či materiálne objekty tiež vykazovali vlnové správanie. Takto sa vyvinula hypotéza De Broglieho.

Vo svojej doktorandskej dizertačnej práci z roku 1923 (alebo 1924, v závislosti od zdroja), francúzskeho fyzika Louis de Broglie urobil odvážne tvrdenie. Berúc do úvahy vzťah Einsteinovej vlnovej dĺžky lambda na moment pde Broglie navrhol, aby tento vzťah určoval vlnovú dĺžku akejkoľvek záležitosti vo vzťahu:

lambda = hod / p

pripomeň si to hod je Planckova konštanta

Táto vlnová dĺžka sa nazýva de Broglieho vlnová dĺžka. Dôvod, prečo si vybral rovnicu hybnosti nad energetickou rovnicou, je ten, že nie je jasné, či je E by mala byť celková energia, kinetická energia alebo celková relativistická energia. Čo sa týka fotónov, všetky sú rovnaké, ale nie tak pre hmotu.

Za predpokladu vzťahu hybnosti však umožnil odvodenie podobného de Broglieho vzťahu pre frekvenciu F pomocou kinetickej energie E_k:

F = E_k / hod

De Broglieho vzťahy sú niekedy vyjadrené ako Diracova konštanta, h-bar = hod / (2pi) a uhlovú frekvenciu w a vlnolam k:

p = h-bar * ku_k

= h-bar * w

V roku 1927 fyzici Clinton Davisson a Lester Germer z Bell Labs vykonali experiment, pri ktorom vystrelili elektróny na kryštalický nikel. Výsledný difrakčný obrazec zodpovedal predpovedi de Broglieho vlnovej dĺžky. De Broglie získal za svoju teóriu Nobelovu cenu za rok 1929 (prvýkrát, keď bola udelená za Ph. D. diplomová práca) a Davisson / Germer ju spoločne získali v roku 1937 za experimentálny objav elektrónovej difrakcie (a teda za preukázanie de Broglieho hypotézy).

Ďalšie experimenty potvrdili, že de Broglieho hypotéza je pravdivá, vrátane kvantových variantov experiment s dvoma štrbinami. Difrakčné experimenty v roku 1999 potvrdili de Broglieho vlnovú dĺžku pre správanie molekúl tak veľké ako buckyballs, ktoré sú komplexnými molekulami zloženými zo 60 alebo viacerých atómov uhlíka.

De Broglieho hypotéza ukázala, že dualita vlnových častíc nie je len aberantným správaním svetla, ale skôr základným princípom, ktorý vykazuje žiarenie aj hmota. Ako také je možné použiť vlnové rovnice na opis materiálneho správania, pokiaľ sa dá správne aplikovať de Broglieho vlnová dĺžka. To by sa ukázalo ako zásadné pre vývoj kvantovej mechaniky. Teraz je neoddeliteľnou súčasťou teórie atómovej štruktúry a fyziky častíc.

Hoci de Broglieho hypotéza predpovedá vlnové dĺžky pre záležitosti akejkoľvek veľkosti, existujú realistické limity, kedy je to užitočné. Baseball hádzaný na džbán má de Broglieho vlnovú dĺžku, ktorá je menšia ako priemer protónu asi o 20 rádov. Vlnové aspekty makroskopického objektu sú také malé, že ich nemožno pozorovať v žiadnom užitočnom zmysle, hoci sú zaujímavé na premýšľanie.