24. Гипотеза де-Бройля. Волновые свойства вещества и их опытное обоснование.

Недостаточность теории Бора указывала на необходимость пересмотра основ квантовой теории и представлений о природе микрочастиц (электронов, протонов и т.п.). Возник вопрос о том, насколько исчерпывающим является представление элек­трона в виде малой механической частицы, характеризуемой определенными координатами и определенной скоростью.

В результате углубления представлений о природе света вы­яснилось, что в оптических явлениях обнаруживается своеобраз­ный дуализм. Наряду с такими свойствами света, которые са­мым непосредственным образом свидетельствуют о его волно­вой природе (интерференция, дифракция), имеются и другие свойства, столь же непосредственно обнаруживающие его кор­пускулярную природу (фотоэффект, явление Комптона).

В 1924 г. Луи де-Бройль выдвинул смелую гипотезу, что дуа­лизм не является особенностью одних только оптических явле­ний, но имеет универсальное значение. «В оптике, — писал он,— в течение столетия слишком пренебрегали корпускулярным спо­собом рассмотрения по сравнению с волновым; не делалась ли в теории вещества обратная ошибка?». Допуская, что частицы вещества наряду с корпускулярными свойствами имеют также и волновые, де-Бройль перенес на случай частиц вещества те же правила перехода от одной картины к другой, какие справед­ливы в случае света. Фотон обладает энергией E=h’*w и импульсом p=2pi*h’/lambda По идее де-Бройля, движение электрона или какой-либо другой частицы связано с волновым процессом, длина волны которого равна lambda =2pi*h’/p =2pi*h’/mv а частота w=E/h’

Гипотеза де-Бройля вскоре была подтверждена экспериментально. Дэвиссон и Джермер исследовали в 1927 г. отражение электронов от монокристалла никеля, принадлежащего к кубической системе. Узкий пучок моноэнергетических элек­тронов направлялся на поверхность мо­нокристалла, сошлифованную перпенди­кулярно к большой диагонали кристал­лической ячейки. Отраженные элек­троны улавливались цилиндрическим электродом, присоединенным к гальванометру (рис. 18.1). Интенсивность отраженного пучка оценивалась по силе тока, теку­щего через гальванометр. Варьировались скорость электронов и угол fi. На рис. 18.2 показана зависимость силы тока, измеряемой гальванометром, от угла ф при различных энергиях электронов.

В ертикальная ось на графиках определяет направление падаю­щего пучка. Сила тока в заданном направлении представляется длиной отрезка, проведенного от начала координат до пересе­чения с кривой. Из рисунка видно, что рассеяние оказалось осо­бенно интенсивным при определенном значении угла ф. Этот угол соответствовал отражению от атомных плоскостей, рас­стояние между которыми d было известно из рентгенографиче­ских исследований. При данном fi сила тока оказалась особенно значительной при ускоряющем напряжении, равном 54 В. Вычисленная по формуле (18.1) длина волны, отвечающая этому напряжению, равна 1,67A. Брэгговская длина волны, отвечаю­щая условию

,

равнялась 1,65A. Совпадение настолько разительно, что опыты Дэвиссона и Джермера следует признать блестящим подтверж­дением идеи де-Бройля.