1924-yilda yosh fransuz nazariyotchi fizigi Lui de Broyl materiya toʻlqinlari tushunchasini ilmiy muomalaga kiritdi. Bu jasur nazariy taxmin to‘lqin-zarracha ikkilik (ikkilik) xususiyatini materiyaning barcha ko‘rinishlariga – nafaqat nurlanishga, balki moddaning har qanday zarralariga ham kengaytirdi. Garchi zamonaviy kvant nazariyasi "materiya to'lqini"ni gipoteza muallifidan farqli ravishda tushunsa-da, moddiy zarralar bilan bog'liq bo'lgan bu fizik hodisa uning nomini oldi - de Broyl to'lqini.
Tseptsiyaning tug'ilish tarixi
1913 yilda N. Bor tomonidan taklif qilingan atomning yarim klassik modeli ikkita postulatga asoslangan edi:
- Atomdagi elektronning burchak impulsi (momentum) hech narsa boʻla olmaydi. U har doim nh/2p ga proporsionaldir, bunda n 1 dan boshlanadigan har qanday butun son, h Plank doimiysi, formulada uning mavjudligi zarrachaning burchak impulsi ekanligini aniq ko‘rsatadi.kvantlangan Binobarin, atomda ruxsat etilgan orbitalar to'plami mavjud bo'lib, ular bo'ylab faqat elektron harakatlana oladi va ular ustida qolgan holda u nurlanmaydi, ya'ni energiyani yo'qotmaydi.
- Atom elektronning energiya chiqarishi yoki yutilishi bir orbitadan ikkinchi orbitaga oʻtishda sodir boʻladi va uning miqdori shu orbitalarga mos keladigan energiyalar farqiga teng. Ruxsat etilgan orbitalar o'rtasida oraliq holatlar mavjud emasligi sababli, radiatsiya ham qat'iy kvantlangan. Uning chastotasi (E1 – E2)/soat, bu toʻgʻridan-toʻgʻri E=hn energiya uchun Plank formulasidan kelib chiqadi.
Demak, Borning atom modeli elektronning orbitada nurlanishini va orbitalar orasida boʻlishini “taqiqlagan”, ammo uning harakati klassik tarzda, xuddi sayyoraning Quyosh atrofida aylanishi kabi koʻrib chiqilgan. De Broyl nima uchun elektron o'zini shunday tutadi degan savolga javob izlagan. Ruxsat etilgan orbitalarning mavjudligini tabiiy yo'l bilan tushuntirish mumkinmi? U elektronga qandaydir to'lqin hamroh bo'lishi kerakligini taklif qildi. Aynan uning mavjudligi zarrachani faqat bu to'lqin butun son marta to'g'ri keladigan orbitalarni "tanlashga" majbur qiladi. Bu Bor tomonidan taxmin qilingan formuladagi butun son koeffitsientining ma'nosi edi.
Gipotezadan kelib chiqadiki, de-Broyl elektron toʻlqini elektromagnit emas va toʻlqin parametrlari faqat atomdagi elektronlarga emas, balki har qanday modda zarralariga xos boʻlishi kerak.
Zarra bilan bogʻlangan toʻlqin uzunligini hisoblash
Yosh olim juda qiziqarli nisbatga ega bo'ldi, bu esa imkon beradibu to'lqin xossalari nima ekanligini aniqlang. Miqdoriy de Broyl to'lqini nima? Uni hisoblash formulasi oddiy shaklga ega: l=h/p. Bu erda l - to'lqin uzunligi va p - zarrachaning impulsi. Relyativistik bo'lmagan zarralar uchun bu nisbat l=h/mv shaklida yozilishi mumkin, bu erda m - massa va v - zarrachaning tezligi.
Nima uchun bu formula alohida qiziqish uyg'otayotganini undagi qiymatlardan bilish mumkin. De Broyl materiyaning korpuskulyar va to'lqin xususiyatlarini - impuls va to'lqin uzunligini bir nisbatda birlashtirishga muvaffaq bo'ldi. Va ularni bog'laydigan Plank doimiysi (uning qiymati taxminan 6,626 × 10-27 erg∙s yoki 6,626 × 10-34 J∙ c) to'plamlar materiyaning to'lqin xossalari paydo bo'ladigan shkala.
Mikro va makrodunyoda "modda toʻlqinlari"
Demak, jismoniy jismning impulsi (massasi, tezligi) qanchalik katta boʻlsa, u bilan bogʻlangan toʻlqin uzunligi ham shunchalik qisqa boʻladi. Makroskopik jismlar o'z tabiatining to'lqin komponentini ko'rsatmasligining sababi shu. Misol tariqasida turli masshtabdagi ob'ektlar uchun de Broyl to'lqin uzunligini aniqlash kifoya.
- Yer. Sayyoramizning massasi taxminan 6 × 1024 kg, orbital tezligi Quyoshga nisbatan 3 × 104 m/s. Ushbu qiymatlarni formulaga almashtirsak (taxminan): 6, 6 × 10-34/(6 × 1024 × 3) × 10 4)=3.6 × 10-63 m. Koʻrinib turibdiki, “Yer toʻlqini”ning uzunligi yoʻqolib boruvchi darajada kichik qiymatdir.. Uni ro'yxatdan o'tkazishning har qanday imkoniyati ham yo'qmasofaviy nazariy binolar.
- Ogʻirligi taxminan 10-11 kg boʻlgan, taxminan 10-4 m/s tezlikda harakatlanuvchi bakteriya. Shunga o'xshash hisob-kitobni amalga oshirgandan so'ng, eng kichik tirik mavjudotlardan birining de-Broyl to'lqini uzunligi 10-19 m ga teng ekanligini aniqlash mumkin - bu ham aniqlash uchun juda kichik..
- Masasi 9,1 × 10-31 kg boʻlgan elektron. Elektron 1 V potentsiallar farqi bilan 106 m/s tezlikka tezlansin. Keyin elektron to'lqinning to'lqin uzunligi taxminan 7 × 10-10 m yoki 0,7 nanometrni tashkil qiladi, bu rentgen to'lqinlarining uzunligi bilan taqqoslanadigan va ro'yxatga olish uchun juda mos keladi.
Elektronning massasi, xuddi boshqa zarralar kabi, shunchalik kichikki, sezilmaydiki, ularning tabiatining boshqa tomoni sezilarli bo'ladi - to'lqinsimon.
Spread tezligi
Toʻlqinlarning faza va guruh tezligi kabi tushunchalarni farqlang. De Broyl to'lqinlari uchun faza (bir xil fazalar yuzasining harakat tezligi) yorug'lik tezligidan oshadi. Biroq, bu fakt nisbiylik nazariyasi bilan ziddiyatni anglatmaydi, chunki faza ma'lumot uzatilishi mumkin bo'lgan ob'ektlardan biri emas, shuning uchun bu holda sabablik printsipi hech qanday tarzda buzilmaydi.
Guruh tezligi yorug'lik tezligidan kamroq, u dispersiya natijasida hosil bo'lgan ko'plab to'lqinlarning superpozitsiyasi (superpozitsiyasi) harakati bilan bog'liq va aynan u elektron yoki boshqa har qanday tezlikni aks ettiradi. to'lqin bog'langan zarracha.
Eksperimental kashfiyot
De Broyl toʻlqin uzunligining kattaligi fiziklarga materiyaning toʻlqin xossalari haqidagi taxminni tasdiqlovchi tajribalar oʻtkazish imkonini berdi. Elektron to'lqinlar haqiqiymi degan savolga javob bu zarralar oqimining diffraktsiyasini aniqlash uchun tajriba bo'lishi mumkin. To'lqin uzunligi elektronlarga yaqin bo'lgan rentgen nurlari uchun odatiy diffraktsiya panjarasi mos kelmaydi - uning davri (ya'ni zarbalar orasidagi masofa) juda katta. Kristal panjaralarning atom tugunlari mos davr oʻlchamiga ega.
Allaqachon 1927 yilda K. Devisson va L. Germer elektron diffraktsiyani aniqlash uchun tajriba o'tkazdilar. Reflektor panjara sifatida nikel monokristalidan foydalanilgan va galvanometr yordamida turli burchaklardagi elektron nurlarining tarqalishi intensivligi qayd etilgan. Tarqalishning tabiati aniq diffraktsiya naqshini ochib berdi, bu de Broylning taxminini tasdiqladi. Devisson va Germerdan mustaqil ravishda J. P. Tomson o'sha yili elektron diffraktsiyani eksperimental ravishda kashf etdi. Biroz vaqt o'tgach, proton, neytron va atom nurlari uchun diffraktsiya naqshining ko'rinishi aniqlandi.
1949 yilda V. Fabrikant boshchiligidagi bir guruh sovet fiziklari nurdan emas, balki alohida elektronlardan foydalangan holda muvaffaqiyatli tajriba o'tkazdilar, bu esa difraksiya zarrachalarning kollektiv harakatining hech qanday ta'siri emasligini inkor etib bo'lmaydigan tarzda isbotlash imkonini berdi., va to'lqin xossalari elektronga tegishli.
"Materiya to'lqinlari" haqidagi g'oyalarni ishlab chiqish
L. de Broylning o'zi to'lqinni shunday tasavvur qilganzarracha bilan uzviy bog'langan va uning harakatini boshqaradigan haqiqiy jismoniy ob'ekt va uni "uchuvchi to'lqin" deb atagan. Biroq, zarrachalarni klassik traektoriyaga ega ob'ektlar sifatida ko'rishda davom etar ekan, u bunday to'lqinlarning tabiati haqida hech narsa deya olmadi.
De Broyl g’oyalarini ishlab chiqayotib, E. Shredinger materiyaning to’liq to’lqinli tabiati haqidagi g’oyaga keldi, aslida uning korpuskulyar tomonini e’tiborsiz qoldirdi. Shredinger tushunchasidagi har qanday zarracha o'ziga xos ixcham to'lqin paketidir va boshqa hech narsa emas. Ushbu yondashuv muammosi, xususan, bunday to'lqin paketlarining tez tarqalishining taniqli hodisasi edi. Shu bilan birga, elektron kabi zarrachalar ancha barqaror va kosmosda “surilmaydi”.
XX asrning 20-yillari o'rtalaridagi qizg'in muhokamalar paytida kvant fizikasi materiyani tasvirlashda korpuskulyar va to'lqin naqshlarini uyg'unlashtiruvchi yondashuvni ishlab chiqdi. Nazariy jihatdan uni M. Born asoslab bergan va uning mohiyatini bir necha so‘z bilan quyidagicha ifodalash mumkin: de-Broyl to‘lqini vaqtning ma’lum bir nuqtasida zarrachani topish ehtimolining taqsimlanishini aks ettiradi. Shuning uchun u ehtimollik to'lqini deb ham ataladi. Matematik jihatdan u Shredinger to'lqin funktsiyasi bilan tavsiflanadi, uning yechimi ushbu to'lqin amplitudasining kattaligini olish imkonini beradi. Amplituda modulining kvadrati ehtimollikni aniqlaydi.
De Broyl to'lqin gipotezasining qiymati
1927 yilda N. Bor va V. Geyzenberg tomonidan takomillashtirilgan ehtimollik yondashuvi shakllandi. Kopengagen talqinining asosi bo'lib, u juda samarali bo'ldi, garchi uni qabul qilish ilm-fanga vizual-mexanik, majoziy modellardan voz kechish evaziga berilgan bo'lsa ham. Mashhur "o'lchov muammosi" kabi bir qator munozarali masalalar mavjudligiga qaramay, kvant nazariyasining ko'plab ilovalari bilan yanada rivojlanishi Kopengagen talqini bilan bog'liq.
Ayni paytda shuni esda tutish kerakki, zamonaviy kvant fizikasining shubhasiz muvaffaqiyatining asoslaridan biri de Broylning yorqin gipotezasi bo'lib, deyarli bir asr oldin "materiya to'lqinlari" haqidagi nazariy tushuncha edi. Uning mohiyati, asl talqindagi o'zgarishlarga qaramay, inkor etib bo'lmaydigan bo'lib qolmoqda: barcha materiya ikki tomonlama xususiyatga ega, ularning har doim bir-biridan alohida namoyon bo'ladigan turli tomonlari, shunga qaramay, bir-biri bilan chambarchas bog'liq.
