4. Корпускулярно-волновой дуализм. Волны де Бройля.

Открытие двойственной природы электромагнитного излучения - корпускулярно-волнового дуализма – оказало значительное влияние на развитие квантовой физики, объяснение природы материи. Важным этапом в становлении современного понимания структуры материи стала выдвинутая де Бройлем гипотеза об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Согласно этой гипотезе не только фотоны, но и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также и волновыми свойствами. Де Бройль предположил, что каждой частице, движущейся с импульсом р, следует приписать определённую длину волны (дебройлевская длина волны). Соотношения, связывающие корпускулярные и волновые свойства частиц, те же, что были установлены ранее для фотонов:

. (1.6)

Комптоновское рассеяние – это такое рассеяние электромагнитного излучения на свободных или слабо связанных электронах, которое сопровождается увеличением длины волны кванта (уменьшение энергии).

	(1.7)
Рис. 1.1. Векторная диаграмма комптоновского рассеяния.

Из уравнений (1,7) следует

Отсюда получаем: , и

;

(1.8)

Прямыми опытами, подтверждающими идею корпускулярно-волнового дуализма, были опыты по дифракции электронов на монокристаллах. Позднее наблюдалась дифракция и других частиц. Экспериментальное подтверждение идеи корпускулярно-волнового дуализма привело к пересмотру привычных представлений о движении частиц и способа их описания. Для классических материальных точек характерно движение по определённым траекториям, так что их координаты и импульсы в любой момент времени точно известны. Для квантовых частиц это утверждение неприемлемо, так как для квантовой частицы импульс частицы связан с её длиной волны, а говорить о длине волны в данной точке пространства бессмысленно. Если частица занимает точно определённое положение в пространстве, то её импульс полностью неопределён, и, наоборот, частица с определённым импульсом имеет полностью неопределённую координату. Неопределённость в значении координаты частицы x и неопределённость в значении компоненты импульса частицы p_x связаны соотношением неопределённостей, установленным В. Гейзенбергом в 1927 г.

, где h -постоянная Планка. (1.9)

Из принципа неопределённостей следует, что в области квантовых явлений неправомерна постановка некоторых вопросов, вполне естественных для классической физики, и в частности не имеет смысла говорить о движении частицы по определенной траектории. Необходим принципиально новый подход к описанию физических систем. Не все физические величины, характеризующие систему, могут быть измерены одновременно. Так, если время жизни некоторого состояния равно t , то его энергия не может быть измерена с точностью, большей, чем E  h/t. Записанное в другой, эквивалентной форме,

, (1.10)

Это соотношение обычно называют соотношением неопределённостей энергии - время.