1924-cü ildə gənc fransız nəzəri fizik Lui de Broyl maddə dalğaları anlayışını elmi dövriyyəyə daxil etdi. Bu cəsarətli nəzəri fərziyyə dalğa-zərrəcik ikiliyi (ikilik) xassəsini maddənin bütün təzahürlərinə - təkcə şüalanmaya deyil, həm də maddənin istənilən hissəciklərinə şamil etdi. Müasir kvant nəzəriyyəsi "maddə dalğasını" fərziyyə müəllifindən fərqli başa düşsə də, maddi hissəciklərlə əlaqəli bu fiziki hadisə onun adını daşıyır - de Broyl dalğası.
Konseptin yaranma tarixi
1913-cü ildə N. Bor tərəfindən təklif edilən atomun yarımklassik modeli iki postulata əsaslanırdı:
- Atomdakı elektronun bucaq impulsu (momentumu) heç bir şey ola bilməz. O, həmişə nh/2π ilə mütənasibdir, burada n 1-dən başlayan istənilən tam ədəddir və h Plank sabitidir, onun düsturda olması hissəciyin bucaq momentumunun aydın olduğunu göstərir.kvantlaşdırılmışdır Nəticə etibarilə, atomda yalnız elektronun hərəkət edə biləcəyi icazə verilən orbitlər dəsti mövcuddur və onların üzərində qalaraq şüalanmır, yəni enerji itirmir.
- Atom elektronu tərəfindən enerjinin buraxılması və ya udulması bir orbitdən digərinə keçid zamanı baş verir və onun miqdarı bu orbitlərə uyğun gələn enerjilər fərqinə bərabərdir. İcazə verilən orbitlər arasında aralıq vəziyyətlər olmadığı üçün radiasiya da ciddi şəkildə kvantlanır. Onun tezliyi (E1 – E2)/saatdır, bu birbaşa E=hν enerjisi üçün Plank düsturundan irəli gəlir.
Beləliklə, Borun atom modeli elektronun orbitdə şüalanmasını və orbitlər arasında olmasını "qadağan edirdi", lakin onun hərəkəti klassik olaraq planetin Günəş ətrafında fırlanması kimi qəbul edilirdi. De Broglie elektronun niyə belə davrandığı sualına cavab axtarırdı. İcazə verilən orbitlərin mövcudluğunu təbii şəkildə izah etmək mümkündürmü? O təklif etdi ki, elektron hansısa dalğa ilə müşayiət olunmalıdır. Məhz onun mövcudluğu hissəciyi yalnız bu dalğanın tam sayda dəfə uyğunlaşdığı orbitləri "seçməyə" məcbur edir. Bu, Bor tərəfindən irəli sürülən düsturdakı tam əmsalın mənası idi.
Fərziyyədən belə nəticə çıxdı ki, de Broyl elektron dalğası elektromaqnit deyil və dalğa parametrləri yalnız atomdakı elektronlar deyil, hər hansı maddə hissəcikləri üçün xarakterik olmalıdır.
Zərrəciklə əlaqəli dalğa uzunluğunun hesablanması
Gənc alim imkan verən son dərəcə maraqlı nisbət əldə etdibu dalğa xüsusiyyətlərinin nə olduğunu müəyyənləşdirin. Kəmiyyət de Broyl dalğası nədir? Onun hesablanması formulunun sadə forması var: λ=h/p. Burada λ dalğa uzunluğu, p isə hissəciyin impulsudur. Qeyri-relativistik hissəciklər üçün bu nisbət λ=h/mv kimi yazıla bilər, burada m kütlə, v isə hissəciyin sürətidir.
Bu formulun niyə xüsusi maraq doğurduğunu onun içindəki dəyərlərdən görmək olar. De Brogli maddənin korpuskulyar və dalğa xüsusiyyətlərini - impuls və dalğa uzunluğunu bir nisbətdə birləşdirə bildi. Və onları birləşdirən Plank sabiti (onun dəyəri təxminən 6,626 × 10-27 erg∙s və ya 6,626 × 10-34 J∙ c) dəstlərdir maddənin dalğa xüsusiyyətlərinin göründüyü miqyas.
Mikro və makro dünyada "Materiyanın dalğaları"
Beləliklə, fiziki obyektin impulsu (kütləsi, sürəti) nə qədər çox olarsa, onunla əlaqəli dalğa uzunluğu da bir o qədər qısa olar. Makroskopik cisimlərin təbiətinin dalğa komponentini göstərməməsinin səbəbi budur. Bir nümunə olaraq, müxtəlif miqyaslı obyektlər üçün de Broyl dalğa uzunluğunu müəyyən etmək kifayətdir.
- Yer. Planetimizin kütləsi təxminən 6 × 1024 kq, Günəşə nisbətən orbital sürəti 3 × 104 m/s-dir. Bu dəyərləri düsturla əvəz etdikdə (təxminən): 6, 6 × 10-34/(6 × 1024 × 3 × 10 4)=3,6 × 10-63 m. Görünür ki, "yer dalğası"nın uzunluğu yoxa çıxacaq dərəcədə kiçik bir dəyərdir. Onun qeydiyyatı üçün heç bir imkan yoxduruzaq nəzəri binalar.
- Təxminən 10-11 kq ağırlığında, təxminən 10-4 m/s sürətlə hərəkət edən bakteriya. Bənzər bir hesablama apararaq, ən kiçik canlılardan birinin de Broyl dalğasının uzunluğunun 10-19 m - həm də aşkar etmək üçün çox kiçik olduğunu tapmaq olar..
- Kütləsi 9,1 × 10-31 kq olan elektron. Elektron 1 V potensial fərqi ilə 106 m/s sürətlə sürətləndirilsin. Onda elektron dalğanın dalğa uzunluğu təxminən 7 × 10-10 m və ya 0,7 nanometr olacaq ki, bu da rentgen dalğalarının uzunluqları ilə müqayisə edilə bilən və qeydiyyat üçün olduqca uyğundur.
Bir elektronun kütləsi, digər hissəciklər kimi, o qədər kiçik, hiss olunmazdır ki, təbiətinin digər tərəfi nəzərə çarpır - dalğavari.
Yayılma dərəcəsi
Dalğaların faza və qrup sürəti kimi anlayışları fərqləndirin. De Broyl dalğaları üçün faza (eyni fazaların səthinin hərəkət sürəti) işığın sürətini üstələyir. Lakin bu fakt nisbilik nəzəriyyəsi ilə ziddiyyət demək deyil, çünki faza informasiyanın ötürülə biləcəyi obyektlərdən biri olmadığı üçün bu halda səbəbiyyət prinsipi heç bir şəkildə pozulmur.
Qrup sürəti işıq sürətindən azdır, dispersiya nəticəsində əmələ gələn çoxlu dalğaların superpozisiyasının (superpozisiyasının) hərəkəti ilə əlaqələndirilir və elektronun və ya hər hansı digər sürəti əks etdirən odur. dalğanın əlaqəli olduğu hissəcik.
Eksperimental kəşf
De Broyl dalğa uzunluğunun böyüklüyü fiziklərə maddənin dalğa xassələri haqqında fərziyyəni təsdiqləyən təcrübələr aparmağa imkan verdi. Elektron dalğalarının həqiqi olub-olmaması sualının cavabı bu hissəciklərin axınının difraksiyasını aşkar etmək üçün bir təcrübə ola bilər. Dalğa uzunluğunda elektronlara yaxın olan rentgen şüaları üçün adi difraksiya ızgarası uyğun deyil - onun müddəti (yəni vuruşlar arasındakı məsafə) çox böyükdür. Kristal qəfəslərin atom düyünləri uyğun dövr ölçüsünə malikdir.
Artıq 1927-ci ildə K. Davisson və L. Germer elektron difraksiyasını aşkar etmək üçün təcrübə qurdular. Yansıtıcı barmaqlıq kimi nikel monokristaldan istifadə edilmiş və qalvanometrdən istifadə edərək müxtəlif bucaqlarda elektron şüalarının səpilməsinin intensivliyi qeydə alınmışdır. Səpilmənin təbiəti de Broglinin fərziyyəsini təsdiqləyən aydın difraksiya nümunəsini ortaya qoydu. Davisson və Germerdən asılı olmayaraq, J. P. Tomson eyni ildə elektron difraksiyasını eksperimental olaraq kəşf etdi. Bir qədər sonra proton, neytron və atom şüaları üçün difraksiya nümunəsinin görünüşü müəyyən edildi.
1949-cu ildə V. Fabrikantın başçılıq etdiyi bir qrup sovet fizikləri şüadan deyil, ayrı-ayrı elektronlardan istifadə edərək uğurlu təcrübə apardılar və bu, difraksiyanın hissəciklərin kollektiv davranışının heç bir təsiri olmadığını təkzibedilməz şəkildə sübut etməyə imkan verdi., dalğa xassələri isə elektrona aiddir.
"Materiyanın dalğaları" haqqında ideyaların inkişafı
L. de Broglie özü dalğanı belə təsəvvür edirdihissəciklə ayrılmaz şəkildə bağlı olan və onun hərəkətinə nəzarət edən real fiziki obyekt və onu “pilot dalğa” adlandırırdı. Lakin o, hissəcikləri klassik trayektoriyaya malik cisimlər hesab etməyə davam edərkən, belə dalğaların təbiəti haqqında heç nə deyə bilmədi.
De Broyl ideyalarını inkişaf etdirərək, E. Şrödinqer maddənin korpuskulyar tərəfinə məhəl qoymadan əslində tamamilə dalğalı təbiət ideyasına gəldi. Schrödinger anlayışında hər hansı bir hissəcik bir növ yığcam dalğa paketidir və başqa bir şey deyil. Bu yanaşmanın problemi, xüsusən də belə dalğa paketlərinin sürətlə yayılmasının məşhur fenomeni idi. Eyni zamanda, elektron kimi hissəciklər kifayət qədər sabitdir və kosmosda "yaxmaz".
XX əsrin 20-ci illərinin ortalarının qızğın müzakirələri zamanı kvant fizikası maddənin təsvirində korpuskulyar və dalğa modellərini uzlaşdıran bir yanaşma inkişaf etdirdi. Nəzəri cəhətdən onu M. Born əsaslandırıb və onun mahiyyətini bir neçə sözlə belə ifadə etmək olar: de Broyl dalğası zamanın hansısa nöqtəsində müəyyən nöqtədə zərrəciyin tapılması ehtimalının paylanmasını əks etdirir. Buna görə də ona ehtimal dalğası da deyilir. Riyazi olaraq, Schrödinger dalğa funksiyası ilə təsvir edilmişdir, onun həlli bu dalğanın amplitudasının böyüklüyünü əldə etməyə imkan verir. Amplituda modulunun kvadratı ehtimalı müəyyən edir.
De Broglinin dalğa fərziyyəsinin dəyəri
1927-ci ildə N. Bor və V. Heyzenberq tərəfindən təkmilləşdirilmiş ehtimal yanaşması formalaşmışdır. Kopenhagen təfsirinin əsası son dərəcə məhsuldar oldu, baxmayaraq ki, onun qəbulu vizual-mexanik, obrazlı modellərdən imtina bahasına elmə verildi. Məşhur "ölçmə problemi" kimi bir sıra mübahisəli məsələlərin mövcudluğuna baxmayaraq, çoxsaylı tətbiqləri ilə kvant nəzəriyyəsinin sonrakı inkişafı Kopenhagen şərhi ilə əlaqələndirilir.
Bu arada xatırlamaq lazımdır ki, müasir kvant fizikasının mübahisəsiz uğurunun əsaslarından biri de Broylun parlaq fərziyyəsi, demək olar ki, bir əsr əvvəl "maddə dalğaları" haqqında nəzəri fikir idi. Onun mahiyyəti, ilkin təfsirdəki dəyişikliklərə baxmayaraq, danılmaz olaraq qalır: bütün materiya ikili təbiətə malikdir, onun müxtəlif aspektləri həmişə bir-birindən ayrı görünür, buna baxmayaraq, bir-biri ilə sıx bağlıdır.
