De Broglie -hypoteesi ehdottaa, että kaikella aineella on aaltomaisia ominaisuuksia ja se liittyy havaittuun aallonpituus aineesta sen vauhtiin. Jälkeen Albert Einsteininfotoniteoria Hyväksyttyä tuli kysymys siitä, päteekö tämä vain valoa vai oliko aineellisilla esineillä myös aaltomaista käyttäytymistä. Näin kehitettiin De Broglie -hypoteesi.
De Broglie's thesis
Ranskan fyysikko 1923 (tai 1924, lähteestä riippuen) väitöskirjassaan Louis de Broglie teki rohkean väitteen. Ottaen huomioon Einsteinin suhde aallonpituuteen lambda vauhtia p, de Broglie ehdotti, että tämä suhde määrittäisi minkä tahansa aineen aallonpituuden suhteessa:
lambda = h / p
muista tuo h on Planckin vakio
Tätä aallonpituutta kutsutaan de Broglie-aallonpituus. Syy, jonka vuoksi hän valitsi energiayhtälön momenttiyhtälön, on se, että aineen kanssa oli epäselvää, onko E tulisi olla kokonaisenergia, kineettinen energia tai kokonaisrelativistinen energia. Fotonien suhteen ne ovat kaikki samoja, mutta eivät niin.
Olettaen, että vauhtisuhde kuitenkin mahdollisti samanlaisen de Broglie-suhteen johdannon taajuudelle
f käyttämällä kineettistä energiaa EK:f = EK / h
Vaihtoehtoiset formulaatiot
De Broglie -suhteet ilmaistaan joskus Diracin vakiona, h-bar = h / (2pii) ja kulmataajuus w ja aalto K:
p = h-bar * kEK
= h-bar * w
Kokeellinen vahvistus
Vuonna 1927 Bell Labsin fyysikot Clinton Davisson ja Lester Germer suorittivat kokeilun, jossa he ampuivat elektroneja kiteiseen nikkelikohteeseen. Saatu diffraktiokuvio vastasi de Broglie-aallonpituuden ennusteita. De Broglie sai vuoden 1929 Nobel-palkinnon teoriastaan (ensimmäinen kerta, kun se myönnettiin tohtorintutkinnolle). Thesis) ja Davisson / Germer voittivat sen yhdessä vuonna 1937 elektronisen diffraktion kokeellisesta löytämisestä (ja siten todistaakseen de Broglie'n hypoteesin).
Muissa kokeissa on pidetty de Broglien hypoteesia paikkansa, mukaan lukien kaksoisviilokoe. Diffraktiokokeet vuonna 1999 vahvistivat de Broglie-aallonpituuden niin suurten molekyylien käyttäytymiselle kuin buckyballit, jotka ovat monimutkaisia molekyylejä, jotka koostuvat vähintään 60 hiiliatomista.
De Broglie -hypoteesin merkitys
De Broglie -hypoteesi osoitti, että aaltohiukkasten kaksinaisuus ei ollut pelkästään valon poikkeavaa käyttäytymistä, vaan pikemminkin perusperiaate, jota sekä säteily että aine osoittavat. Sellaisena on mahdollista käyttää aaltoyhtälöitä kuvaamaan materiaalien käyttäytymistä, kunhan de Broglie-aallonpituutta sovelletaan oikein. Tämä osoittautuu ratkaisevan tärkeäksi kvanttimekaniikan kehittämiselle. Se on nyt kiinteä osa atomien rakenteen ja hiukkasfysiikan teoriaa.
Makroskooppiset esineet ja aallonpituus
Vaikka de Broglien hypoteesissa ennustetaan aallonpituuksia minkä tahansa kokoiselle aineelle, sen käyttökelpoisuudelle on olemassa realistiset rajat. Kannuun heitetyn baseballin de Broglie-aallonpituus on pienempi kuin protonin halkaisija noin 20 suuruusluokkaa. Makroskooppisen objektin aallonäkökohdat ovat niin pieniä, että niitä ei voida havaita missään hyödyllisessä mielessä, vaikkakin mielenkiintoisia museon suhteen.