9.4. Элементы квантовой механики.

1.9.4. Корпускулярно - волной дуализм.

На протяжении всей своей истории физика не раз оказывалась в ситуации, когда общепринятая теория не могла объяснить целого ряда явлений. Но всегда находился выход – создавалась новая теория, более общая, способная объяснить и старые, и новые факты.

Но в данном случае ситуация была несколько иная – новая теория квантов не представлялась более общей, чем волновая, в том смысле, что некоторые явления объясняемые квантовой теорией невозможно объяснить с точки зрения волновой теории и наоборот. Противоречие волна – частица казалось неразрешимым.

Экспериментально подтверждение корпускулярно-волнового дуализма для света позволило Луи де Бройлю в 1924 году выдвинуть гипотезу об универсальном характере этого явления. Де Бройль утверждает, что не только свет, но и другие частицы материи наряду с корпускулярными свойствами обладают также и волновыми свойствами.

По де Бройлю любой микрообъект можно характеризовать энергией и импульсом (корпускулярные свойства), а другой стороны – частотой и длиной волны (волновые свойства). Количественные соотношения, связывающие эти характеристики, такие же, как и у света, т.е.

. 9.1

Смелость гипотезы де Бройля состояло в том, что данные соотношения постулировались не только для света, но и для других объектов микромира, в том числе и для таких которые обладают массой покоя. Из гипотезы де Бройля следует, что любой частице, обладающей импульсом « р » мы можем сопоставить волну, длина которой определяется выражением

9.2

и называется длиной волны де Бройля.

В 1927 году гипотеза де Бройля получила экспериментальное подтверждение. Джермер и Девисон на опыте наблюдали дифракцию электронов при рассеивании на естественной дифракционной решетке, кристалле никеля. По распределению максимумов и минимумов в дифракционной картине можно было определить длину волны. Экспериментальные данные подтвердили гипотезу де – Бройля. Несколько позже дифракционные явления были обнаружены у нейтронов, протонов и других микрочастиц.

Открытие волновых свойств у частиц привело к возникновению новых методов исследования структуры вещества – электронной микроскопии, нейтронографии и других методов.

Экспериментально подтверждение гипотезы де Бройля показало, что перед нами универсальное свойство материи.

Но тогда возникает вопрос, почему мы не наблюдаем волновых свойств у человека? Расчет показывает, что для человека массой 60 кг, движущегося со скоростью длина волны де – Бройля м. Обнаружить эту волну мы не можем, так как в природе периодических структур с таким периодом не существует.

Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля коренным образом изменило наши представления о микрообъектах.

Всем микрообъектам присущи и волновые, и корпускулярные свойства, но в то же время любую из частиц нельзя считать ни частей, ни волной в классическом понимании этого слова.

Это интересно. Опираясь на свою идею о волнах материи, де Бройль выводит формулу Планка .