Волновой дуализм де Бройля

в начале 1920-х гг. для объяснения ряда экспериментальных дан­ных оказалось необходимым приписать излучению корпускуляр­ные свойства, однако волновые свойства считались отличитель­ной особенностью лучистой материи. В 1924 г. бельгийский принц Луи де Бройль выдвинул гипотезу об универсальности корпуску­лярно-волнового дуализма. Суть гипотезы заключалась в том, что не только фотоны, но и все частицы материи наряду с корпуску­лярными обладают и волновыми свойствами. Количественные со­отношения, связывающие согласно гипотезе де Бройля корпу­скулярные и волновые свойства частиц, описываются следующи­ми выражениями:

(1.1)

(1.2)

где ε - энергия волны; λ - длина волны, которую можно со­поставить с частицей; - волновой вектор (направлен по дви­жению частицы); - количественный импульс кванта элект­ромагнитного излучения; ℏ- квант действия, равный отноше­нию постоянной Планка hк 2π; ν - частота волны.

Постоянная Планка является универсальной физической раз­мерной константой, позволяющей количественно оценить, насколько при описании конкретной физической системы существен­ны квантовые эффекты.

Оценим длину волны де Бройля для частицы массой m, движу­щейся со скоростью V:

(1.3)

При прочих равных условиях длина волны тем меньше, чем больше масса частицы. Длина волны для электрона, имеющего энергию 100 эВ, составит 1,2·10^-8 см, что является совершенно реальной величиной и может быть зафиксировано аппаратными способами. При такой же скорости движения длина волны де Бройля для пылинки массой 0,001 г в 1024 раз меньше. Масса планеты Земля составляет примерно 6·10²⁷г, что в 6·10³⁰ раз боль­ше массы пылинки, соответственно длина волны нашей плане­ты составляет величину, в 10⁵⁴ раз меньшую, чем длина волны электрона. Понятно, что в природе не существует объек­та, который можно было бы использовать для обнаружения вол­новых свойств пылинки, не говоря уже о целой планете. Для электрона же таким объектом могут служить кристаллы, имею­щие периодическую структуру, совпадающую по размерам с дли­ной волны электрона.

Аналогично электромагнитному излучению в любом экспери­менте проявляются либо корпускулярные, либо волновые свой­ства любого объекта, но никогда и то, и другое вместе. Эта идея была высказана Нильсом Бором и получила название принципа дополнительности. Н. Бор полагал эти взаимоисключающие идеи дополняющими друг друга, поскольку экспериментальные уст­ройства, применяемые для наблюдения волновых свойств, отли­чаются от устройств, применяемых для наблюдения траекторий частиц и исследования их корпускулярных свойств. Таким обра­зом, наблюдатель выбором экспериментального оборудования как бы априори решает, какие именно свойства объекта он собирает­ся исследовать. Наблюдатель тем самым сильно влияет на приро­ду, что не имеет аналога в классической физике. Проблема на­блюдателя в квантовой физике является предметом многочислен­ных дискуссий.

Поиск по сайту: