Корпускулярно-волновой дуализм свойств излученияи вещества. Гипотеза де Бройля

Глава 17. Элементы квантовой механики

Изучая свойства света, можно сделать заключение, что свет имеет двойственную природу, т.е. проявляет корпускулярно-волновой дуализм (двойственность). Волновые свойства света проявляются в явлениях его распространения: интерференции, дифракции, поляризации, дисперсии. Здесь свет ведет себя как электромагнитная волна. В других явлениях (взаимодействия с веществом - фотоэффект, комптоновское рассеяние) проявляется его корпускулярная природа, т.е. свет представляет собой поток частиц – фотонов. А такое свойство, как давление света, можно объяснить с позиций как волновой, так и корпускулярной теории света. Чем больше длина волны, тем меньше энергия и импульс фотона и тем труднее обнаруживаются квантовые свойства света. И наоборот, чем меньше длина волны, тем больше энергия и импульс фотона и тем труднее обнаруживаются его волновые свойства.

Двойственная природа излучения навела на мысль – а не присущ ли такой же дуализм свойствам частиц? В 1924 г. де Бройль выдвинул гипотезу, что дуализм присущ не только оптическим явлениям. “В оптике, писал он, - в течение столетия слишком пренебрегали корпускулярным способом рассмотрения по сравнению с волновым; не делалась ли в теории вещества обратная ошибка?”.

Де Бройль предположил, что движение электронов, или других частиц, обладающих массой покоя m₀, связано с волновым процессом, длина волны которого λ равна

,

где h - постоянная Планка, υ - скорость частицы, p - импульс. В релятивистском случае

, и .

Эта волна получила название волны де Бройля.

В 1927 г. эта гипотеза была подтверждена в опытах Девиссона и Джермера по изучению рассеяния электронов на монокристалле никеля. Отраженные от поверхности никеля электроны обнаруживали в одних направлениях максимумы интенсивности, в других – минимумы, подобные максимумам и минимумам дифракционных спектров. Это была дифракция электронов. Длина волны электронов, вычисленная на основании экспериментальных данных, хорошо согласовывалась с длиной волны де Бройля.

Волновые свойства характерны не только для пучка движущихся частиц, но и для отдельной движущейся частицы. Опытным путем было показано, что при обстреле металлической пленки одиночными электронами, наблюдалась такая же дифракционная картина, как при прохождении пучка электронов.