Giả thuyết De Broglie là gì?

Giả thuyết De Broglie đề xuất rằng tất cả các vật chất thể hiện các tính chất giống như sóng và liên quan đến bước sóng quan sát của vật chất với động lượng của nó. Sau khi lý thuyết phát âm của Albert Einstein được chấp nhận, câu hỏi đặt ra là liệu điều này chỉ đúng với ánh sáng hay liệu các vật thể vật chất cũng thể hiện hành vi giống như sóng. Đây là cách giả thuyết De Broglie được phát triển.

Luận văn De Broglie

Vào năm 1923 (hoặc 1924, tùy theo nguồn gốc) luận án tiến sĩ, nhà vật lý người Pháp Louis de Broglie đã đưa ra một khẳng định táo bạo. Xem xét mối quan hệ của Einstein về bước sóng lambda với động lượng p, de Broglie đề xuất rằng mối quan hệ này sẽ xác định bước sóng của bất kỳ vấn đề nào, trong mối quan hệ:

lambda = h / p

Nhớ lại rằng h là hằng số của Planck

Bước sóng này được gọi là bước sóng de Broglie. Lý do anh chọn phương trình động lượng so với phương trình năng lượng là vì nó không rõ ràng, với vật chất, liệu E nên là tổng năng lượng, động năng hay tổng năng lượng tương đối. Đối với các photon, chúng đều giống nhau, nhưng không phải như vậy đối với vật chất.

Tuy nhiên, giả sử mối quan hệ động lượng cho phép tạo ra mối quan hệ de Broglie tương tự cho tần số f sử dụng động năng Ek:

f = Ek / h

Công thức thay thế

Các mối quan hệ của De Broglie đôi khi được thể hiện dưới dạng hằng số Dirac, h-bar = h / (2pi) và tần số góc w và số sóng k:

p = h-bar * k

Ek

= h-bar * w

Xác nhận thí nghiệm

Năm 1927, các nhà vật lý Clinton Davisson và Lester Germer, thuộc Bell Labs, đã thực hiện một thí nghiệm trong đó họ bắn các electron vào mục tiêu niken tinh thể. Mẫu nhiễu xạ thu được phù hợp với dự đoán của bước sóng de Broglie. De Broglie đã nhận được giải thưởng Nobel năm 1929 cho lý thuyết của mình (lần đầu tiên nó được trao cho luận án tiến sĩ) và Davisson / Germer đã cùng nhau giành được nó vào năm 1937 cho khám phá thử nghiệm nhiễu xạ điện tử (và do đó chứng minh de Broglie giả thuyết).

Các thí nghiệm tiếp theo đã đưa ra giả thuyết của de Broglie là đúng, bao gồm các biến thể lượng tử của thí nghiệm khe đôi. Các thí nghiệm nhiễu xạ năm 1999 đã xác nhận bước sóng de Broglie cho hành vi của các phân tử lớn như buckyball, là các phân tử phức tạp được tạo thành từ 60 nguyên tử carbon trở lên.

Ý nghĩa của giả thuyết de Broglie

Giả thuyết de Broglie cho thấy rằng lưỡng tính sóng hạt không chỉ đơn thuần là một hành vi bất thường của ánh sáng, mà là một nguyên tắc cơ bản được thể hiện bởi cả bức xạ và vật chất. Như vậy, có thể sử dụng các phương trình sóng để mô tả hành vi vật chất, miễn là người ta áp dụng đúng bước sóng de Broglie. Điều này sẽ chứng minh sự quan trọng đối với sự phát triển của cơ học lượng tử. Bây giờ nó là một phần không thể thiếu của lý thuyết về cấu trúc nguyên tử và vật lý hạt.

Đối tượng vĩ mô và bước sóng

Mặc dù giả thuyết của de Broglie dự đoán bước sóng cho bất kỳ kích thước nào, có những giới hạn thực tế khi nó hữu ích. Một quả bóng chày ném vào bình có bước sóng de Broglie nhỏ hơn đường kính của một proton khoảng 20 bậc độ lớn. Các khía cạnh sóng của một đối tượng vĩ mô là rất nhỏ đến mức không thể quan sát được trong bất kỳ ý nghĩa hữu ích, mặc dù khá thú vị để suy nghĩ về nó.

Domin Võ

Dành ra 12 tiếng/ngày cho công việc tẻ nhạt ở công tỷ, chỉ khi viết bài cho Mingeek, anh ấy mới thật sự là chính mình. Anh muốn cho mọi người thấy rằng, khoa học không nhàm chán như trong SGK đâu!

Related Articles

Back to top button