§ 33.Гипотеза де Бройля.

Теория Бора правильно объясняла строение атом водорода и водородоподобных атомов. Её данные соответствовали экспериментальным данным. Более глубокое обоснование теории Бора было найдено де Бройлем в 1923 г. Де Бройль высказал гипотезу о волновой природе материальных частиц, таких как электроны.

Согласно де Бройлю, частице с массой m, движущейся со скоростьюv, соответствует длина волны, определяемая по формуле:

 =

Каждому электрону в атоме, считал де Бройль, соответствует стоячая волна. Можно провести сравнение с гитарной струной. Если ущипнуть струну скрипки или гитары, то возбудится множество волн, но лишь некоторые из них не будут быстро затухать – это волны с узлами на концах или волны, которые все полностью помещаются на длине струны. Их называют резонансными гармониками. Так как электроны в теории Бора движутся по круговым орбитам, то де Бройлем было высказано предположение, что электронам соответствуют круговые стоячие волны, которые как бы замыкаются сами на себя. Если длина волны такова, что не позволяет волне замкнуться, то на данной круговой орбите происходит ослабляющая интерференция, и волна быстро затухает. Следовательно, не затухают только волны, у которых на круговой орбите укладывается целое число волн. Длина круговой боровской орбиты равна 2r_n=n(n= 1, 2, 3,…). Подставляя=h/mv, получаем 2r_n=nh/mvилиmvr_n=nh/2. Последнее выражение в точности совпадает с условием квантования, введённым Бором. Именно на этом условии основан вывод о дискретных орбитах и уровнях энергии. Гипотеза де Бройля позволяет объяснить квантование орбит и состояний в боровской модели: оно обусловлено волновой природой электронов и существованием только стоячих резонансных волн. Отсюда следует, что корпускулярно-волновой дуализм заложен в самой структуре атома, а если говорить шире, то в самой структуре материи вообще.

Не следует думать, что стоячие круговые волны – это траектории, по которым двигаются электроны.

Гипотеза де Бройля о том, что электрону и другим частицам соответствует волна с длиной =h/mv, позволила объяснить квантование боровских орбит на основе корпускулярно-волнового дуализма –разрешённые орбиты соответствуют стоячим волнам, длина волны которых укладывается на круговой орбите целое число раз.

Гипотеза де Бройля была подтверждена экспериментально. В 1927 г. американские физики - Дэвиссон и Джермер обнаружили, что пучок электронов, рассеивающийся на естественной дифракционной решётке – кристалле никеля, - даёт отчётливую дифракционную картину.

Необходимо было ещё доказать, что волновые свойства присущи не только потоку большого числа электронов, но и каждому электрону в отдельности. Это удалось подтвердить в 1948 г. российскому физику Фабриканту.

Чуть позже была обнаружена дифракция нейтронов и протонов, атомных и молекулярных пучков. Это окончательно доказало, что волновые свойства присущи микрочастицам, имеющим массу покоя (в отличие от фотонов).

Поскольку волновые свойства присущи всем материальным телам, то почему, например, они не были обнаружены для частиц массой 1 г.? Дело в том, что частице массой 1 г, движущейся со скоростью 1 м/с , соответствует волна де Бройля с = 6.62