نظرة عامة على فرضية الطول الموجي دي بروجلي

تقترح فرضية De Broglie أن جميع المواد تعرض خصائص تشبه الموجة وترتبط بالملاحظة الطول الموجي من المادة إلى زخمها. بعد ألبرت أينشتايننظرية الفوتون أصبح السؤال مقبولاً ، وأصبح السؤال هو ما إذا كان هذا صحيحًا للضوء فقط أم أن الأشياء المادية أظهرت أيضًا سلوكًا يشبه الموجة. إليك كيفية تطوير فرضية De Broglie.

في عام 1923 (أو 1924 ، اعتمادًا على المصدر) أطروحة الدكتوراه ، الفيزيائي الفرنسي لويس دي برولي قدم تأكيدا جريئا. بالنظر إلى علاقة أينشتاين بطول الموجة امدا إلى الزخم صاقترح دي بروجلي أن تحدد هذه العلاقة الطول الموجي لأي مسألة في العلاقة:

امدا = ح / ص

أذكر ذلك ح هو ثابت بلانك

هذا الطول الموجي يسمى دي بروجلي الطول الموجي. السبب في اختيار معادلة الزخم على معادلة الطاقة هو أنه من غير الواضح ، مع المادة ، ما إذا كان هـ يجب أن تكون الطاقة الكلية أو الطاقة الحركية أو الطاقة النسبية الإجمالية. بالنسبة للفوتونات ، فهي متشابهة ، لكنها ليست كذلك للمادة.

على افتراض أن علاقة الزخم ، سمحت باشتقاق علاقة مشابهة لـ Broglie للتردد F باستخدام الطاقة الحركية هـ_ك:

F = هـ_ك / ح

يتم التعبير عن علاقات De Broglie في بعض الأحيان من حيث ثابت ديراك ،

ص = ح شريط * كه_ك

= ح شريط * ث

في عام 1927 ، أجرى الفيزيائيان كلينتون دافيسون وليستر جيرمر من شركة Bell Labs تجربة حيث أطلقوا الإلكترونات على هدف نيكل بلوري. تطابق نمط الحيود الناتج مع تنبؤات الطول الموجي de Broglie. حصل De Broglie على جائزة نوبل عام 1929 نظريته (المرة الأولى التي تم فيها منحه لدرجة الدكتوراه. أطروحة) وفاز دافيسون / جيرمر بالاشتراك في عام 1937 لاكتشاف تجريبي حيود الإلكترون (وبالتالي إثبات فرضية دي بروجلي).

مزيد من التجارب جعلت فرضية دي بروجلي صحيحة ، بما في ذلك المتغيرات الكمومية لل تجربة الشق المزدوج. أكدت تجارب الحيود في عام 1999 طول موجة دي بروجلي لسلوك الجزيئات الكبيرة مثل كرات بوكي ، وهي جزيئات معقدة تتكون من 60 أو أكثر من ذرات الكربون.

أظهرت فرضية دي بروجلي أن ازدواجية جسيم الموجة لم تكن مجرد سلوك شاذ للضوء ، بل كانت مبدأ أساسيًا أظهره كل من الإشعاع والمادة. على هذا النحو ، يصبح من الممكن استخدام معادلات الموجة لوصف السلوك المادي ، طالما أن المرء يطبق الطول الموجي de Broglie بشكل صحيح. هذا من شأنه أن يثبت أنه حاسم لتطوير ميكانيكا الكم. وهي الآن جزء لا يتجزأ من نظرية التركيب الذري وفيزياء الجسيمات.

على الرغم من أن فرضية دي بروجلي تتنبأ بالأطوال الموجية لأي حجم ، إلا أن هناك حدودًا واقعية عندما تكون مفيدة. البيسبول التي يتم رميها على الإبريق لها طول موجي دي بروجلي أصغر من قطر البروتون بحوالي 20 ترتيبًا من حيث الحجم. جوانب الموجة لجسم ماكروسكوبي صغيرة للغاية بحيث لا يمكن ملاحظتها بأي معنى مفيد ، على الرغم من أنها مثيرة للاهتمام للتشويش عليها.