Все мы из старшей школы знаем, что свет – это одновременно и частица, и волна, т.к. в разных ситуациях может проявлять свойства и того и другого. Например, свет, как поток частиц, имеющих энергию и импульс, может оказывать давление на поверхность или нагревать ее (частицы ударяются, как шарики о поверхность). В то же время есть явления дифракции и интерференции, присущие только волнам.
Однако, Луи де Бройль в 20-м веке задался вопросом: а почему только свет обладает такими двойными свойствами? Может и другие частицы их проявляют? И, как показала экспериментальная практика в дальнейшем, оказался прав.
Де Бройль в своей гипотезе предположил, что все частицы материи ведут себя не только как маленькие шарики, но и как волны. Причем длину волны этих частиц он решил искать по аналогии с фотонами.
Внимание, дальше формулы, но совсем чуть-чуть.
Энергия фотона
E=hc/λ
где h–постоянная Планка, с – скорость света, λ - длина волны.
Перенес эту формулу на частицы, которые имеют, в отличие от фотона, конкретную массу и свою скорость, немного скрестил релятивистскую и классическую механику, и, перейдя от энергии к импульсу выдал формулу для длины волны частицы:
λ=h/p
где p–импульс частицы, который в классической механике, если частица движется гораздо медленнее скорости света, будет равен
p=mv.
Эта длина волны, ожидаемо, стала называться длиной волны де Бройля.
Говоря «скрестил», я опускаю некоторые детали вывода формул для упрощения рассказа.
По гипотезе де Бройля все движущееся вокруг является одновременно и отдельными объектами (корпускулами), и волнами. Так возникла теория корпускулярно-волнового дуализма не только для света, но и для всех частиц и предметов.
Это что получается, движущийся автомобиль, мой кот, бегающий по квартире, пуля, вылетевшая из пистолета и электрон в колонне электронного микроскопа, проявляют волновые свойства?
Теоретически, да. Но мы этого не увидим, т.к., согласно формуле, длина волны де Бройля тем меньше, чем больше масса объекта и/или его скорость. Рассчитаем?
Кота трогать не будем, а, например, автомобиль массой 2 тонны, движущийся со скоростью 100 км/ч имеет длину волны примерно 10 в минус 38 степени метра, а пуля массой 9 г, летящая со скоростью 700 км/ч – где-то 10 в минус 34 степени метра (перепроверьте, вдруг, ошибся). Очень мало, не так ли?
Для проявления волновых свойств типа дифракции размер препятствия должен быть соизмеримым с длиной волны. Очевидно, что таких препятствий не существует. Поэтому для нас это все "корпускулы".
А вот электроны подчиняются этой теории с вполне видимым результатом. Дифракция электронов применяется в электронных микроскопах, в которых, можно увидеть увеличенную «проекцию» атомов кристаллической решетки, являющимися препятствиями, соизмеримыми с длиной волны.
А вы знали, что все мы с вами волны? 😄
STOLBOV STUDY