Přehled hypotéz de Broglieho vlnové délky

De Broglieho hypotéza navrhuje, aby veškerá hmota vykazovala vlnové vlastnosti a vztahovala pozorované vlnová délka hmoty na základě své dynamiky. Po Albert Einsteinfotonová teorie stal se přijat, otázka se stala zda to platilo jen pro světlo, nebo zda materiální objekty také vykazovaly vlnové chování. Takto byla vyvinuta hypotéza De Broglieho.

V jeho 1923 (nebo 1924, podle zdroje) doktorská disertační práce, francouzský fyzik Louis de Broglie udělal odvážné tvrzení. S ohledem na Einsteinův vztah vlnové délky lambda na moment str, de Broglie navrhl, že tento vztah by určoval vlnovou délku nějaké záležitosti, ve vztahu:

lambda = h / str

Odvolej to h je Planckova konstanta

Tato vlnová délka se nazývá de Broglieho vlnová délka. Důvodem, proč si vybral rovnici hybnosti nad energetickou rovnicí, je to, že nebylo jasné, zda E by měla být celková energie, kinetická energie nebo celková relativistická energie. Pro fotony jsou všechny stejné, ale ne pro hmotu.

Předpokládáme, že vztah hybnosti však umožnil odvození podobného de Broglieho vztahu pro frekvenci

F = E_k / h

De Broglieho vztahy jsou někdy vyjádřeny Diracovou konstantou, h-bar = h / (2pi) a úhlovou frekvenci w a vlnolam k:

str = h-bar * kE_k

= h-bar * w

V roce 1927 provedli fyzici Clinton Davisson a Lester Germer z Bell Labs experiment, kde vystřelili elektrony na krystalický niklový cíl. Výsledný difrakční obrazec odpovídal předpovědím de Broglieho vlnové délky. De Broglie obdržel Nobelovu cenu za svou teorii z roku 1929 (poprvé, kdy byla udělena za Ph. D. diplomová práce) a Davisson / Germer ji společně získali v roce 1937 za experimentální objev elektronové difrakce (a tedy za prokázání de Broglieho hypotézy).

Další experimenty považovaly de Broglieho hypotézu za pravdivou, včetně kvantových variant experiment s dvojitou štěrbinou. Difrakční experimenty v roce 1999 potvrdily de Broglieho vlnovou délku pro chování molekul tak velkých jako buckyballs, což jsou komplexní molekuly tvořené 60 nebo více atomy uhlíku.

De Broglieho hypotéza ukázala, že dualita vlnových částic nebyla jen aberantním chováním světla, nýbrž byla základním principem vystaveným jak zářením, tak hmotou. Jako takové je možné použít vlnové rovnice k popisu materiálního chování, pokud člověk správně použije de Broglieho vlnovou délku. To by se ukázalo jako klíčové pro vývoj kvantové mechaniky. Nyní je nedílnou součástí teorie atomové struktury a fyziky částic.

Ačkoli de Broglieho hypotéza předpovídá vlnové délky pro jakoukoli velikost, existují realistické limity, kdy je to užitečné. Baseball házený na džbán má de Broglieho vlnovou délku, která je menší než průměr protonu asi o 20 řádů. Vlnové aspekty makroskopického objektu jsou tak malé, že jsou v jakémkoli užitečném smyslu nepozorovatelné, i když zajímavé na přemýšlení.