Глава 33. Основы квантовой механики

33.1. Корлускулярно-волновой дуализм свойств вещества

Луи де Бройль, развивая представления о двойственной корпускулярно-волновой природе света, гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Де Бройль утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами.

Согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики — энергия Е и импульс р, а с другой — волновые характеристики — частота v и длина волны λ. Количественные соотношения, связывающие корпускулярные и волновые свойства частиц, такие же, как для фотонов:

Е _ф =hν, р= . (33.1)

Cоотношение (33.1) постулировалось не только для фотонов, но и для других микрочастиц, в частности для таких, которые обладают массой покоя. Таким образом, любой частице, обладающей импульсом, сопоставляют волновой процесс с длиной волны, определяемой по формуле де Бройля:

λ = . (33.2)

Это соотношение справедливо для любой частицы с импульсом р.

Вскоре гипотеза де Бройля была подтверждена экспериментально. В 1927 г. К. Дэвидсон и Л. Джермер, которые обнаружили, что пучок электронов, рассеивающийся от естественной дифракционной решетки — кристалла никеля, — дает отчетливую дифракционную картину. Дифракционные максимумы соответствовали формуле Вульфа — Брэгга, а брэгговская длина волны оказалась в точности равной длине волны, вычисленной по формуле (33.2).

Впоследствии дифракционные явления обнаружили также для нейтронов, протонов, атомных и молекулярных пучков. Открытие волновых свойств микрочастиц привело к появлению и развитию новых методов исследования структуры вещества, таких, как электронография и нейтронография, а также к возникновению новой отрасли науки — электронной оптики.

На частицы вещества переносится связь между полной энергией частицы Е частотой v волны де Бройля:

Е = hν. (33.3)

Это свидетельствует о том, что соотношение между энергией и частотой в формуле (33.3) имеет характер универсального соотношения, справедливого как для фотонов так и для любых других микрочастиц.

Т.о. всем микрообъектам присущи и корпускулярные, и волновые свойства; в то же время любую из микрочастиц нельзя считать ни частицей, ни волной в классическом понимании.