Волны де Бройля

ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ — волны, связанные с любой микрочастицей и отражающие их квант. природу. Длина волны де Бройля обратно пропорциональна импульсу частицы. Фотон, как и любая движущаяся частица, представляет волну де Бройля.

Подтвержденная на опыте идея де Бройля о двойственной природе микрочастиц — корпускулярно-волновом дуализме — принципиально изменила представления об облике микромира. Квадрат модуля волновой функции определяет вероятность состояния системы, и поэтому о волнах де Бройля часто говорят как о волнах вероятности (точнее, амплитуд вероятности).

Однако для микрочастиц длины волн лежат в доступной наблюдению области. Метод дифракции частиц в настоящее время широко используется при изучении строения и свойств вещества. Существует несколько объяснений тому, что в экспериментах с частицами проявляется длина волны де Бройля. С помощью преобразований Лоренца можно пересчитать длину волны этих внутренних колебаний в длину волны, которую обнаруживает внешний наблюдатель, проводящий эксперимент с движущимися частицами.

Эта длина волны испытывает лоренцевское сокращение по сравнению с длиной волны в сопутствующей частице системе отсчёта. Кроме этого, эта волна имеет скорость своего распространения, равную скорости движения частицы.

Волны внутри частиц

При возникновении внутренних колебаний в частице колеблется и потенциал поля вокруг частицы, и следовательно, амплитуда волны де Бройля быстро растёт при приближении к частице. Это как раз соответствует тому, что частица с большей вероятностью находится там, где больше амплитуда её волновой функции.

Если же имеется смешанное состояние, когда в учёт берутся волновые функции нескольких взаимодействующих частиц, трактовка, связывающая волновые функции и вероятности становится не такой точной. В этом случае волновая функция скорее будет отражать амплитуду суммарной волны де Бройля, связанную с амплитудой суммарного волнового поля потенциалов частиц. Объяснение волны де Бройля через стоячие волны внутри частиц описывается также в статье.

Вывод формулы для длины волны де Бройля

Это соответствует постулатуБоровской модели атома, по которому момент импульса в атоме водорода квантуется и пропорционален номеру орбиты и постоянной Планка. В этом случае потоки энергии полей не тормозят и не раскручивают вещество электрона. В таком случае при атомных переходах момент импульса электрона также меняется на , и должна быть справедлива формула (3) для квантования момента импульса в атоме водорода.

Из соотношения (3) кажется, что на электронной орбите можно расположитьдлин волн де Бройля. Но при этом энергия возбуждения электрона не достигает энергии его покоя, как это требуется для описания длины волны де Бройля при поступательном движении частиц.

Первое экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля было получено в 1927 в опытах К. Дэвиссона и Л. Джермера. Было установлено, что электроны дифрагируют на кристалле, причём именно так, как должно быть для волн, длина которых определяется соотношением де Бройля.

Волновая функция свободной частицы с точно заданным импульсом и является В. де Б. В этом случае ψ 2 = const, т. е. вероятность обнаружить частицу во всех точках одинакова. Таким образом, В. де Б. — не какие-либо физические материальные волны, а волны вероятности. Впервые квантовые свойства были открыты у электромагнитного поля. В 1924 г. Л. де Бройль (1892 1987) высказал гипотезу о том, что корпускулярно волновой… … Концепции современного естествознания.

Смотреть что такое «Волны де Бройля» в других словарях:

Broglie; 1892 1987)] понятие, используемое в физике для хар ки волновых св в движущихся частиц. Свободной частице с энергией Е и импульсом р соответствует плоская гармонич. Е и импульсом р соответствует волна, паз. В. де Б., с длиной Л = h/p и частотой v = E/h, где h постоянная Планка. Задачи составлены в полном соответствии с двухтомником «Основы физики» Б.М.Яворского и А.А.Пинского. Однако движущийся с такой же скоростью электрон будет иметь длину волны l = 1,8.10-5 м, которая уже может быть легко обнаружена и измерена экспериментально.

Например, в одном из опытов наблюдалась дифракция электронов с энергией 54 эВ. Первый дифракционный максимум наблюдался под углом j = 50о (см. рис.2). Характерно, что все описанные результаты опытов по дифракции электронов наблюдаются и в том случае, когда электроны пролетают через экспериментальную установку «поодиночке». После долгих дискуссий физики пришли к следующей интерпретации физического смысла волн де Бройля.

В опытах по дифракции микрочастиц там, где интенсивность волн де Бройля максимальна, там вероятность обнаружить микрочастицу максимальна (дифракционный максимум).

Более строго вероятность попадания микрочастицы в ту или иную область пространства рассчитывается с помощью так называемой волновой, или пси-функции (y — функции). Например, если объект совершает колебания в среде, то такие возмущения среды образуют волны, которые расходятся (излучаются).

Таким образом, с объектом движется присоединенная волна-пилот, представляющая пакет парциальных волн, которая не образует излучения. При равномерном движении частицы эти волны оказываются когерентными и поэтому интерферируют между собой.»Волновые процессы. И.Е.Иродов. 1999. С.241. «Для каждого значения λ длины волны излучения можно найти такое значение l = laλ, при котором Δ = λ/2, так что элементарные волны гасят друг друга …»Справочник по физике.

Электроны в атомах

Чтобы парциальные волны могли создать излучение, они должны быть либо некогерентными, либо иметь общую огибающую. Если же разность фаз постоянна во времени, то такие колебания (и волны) называют когерентными.»Волновые процессы. И.Е.Иродов. 1999. С.81. «… когерентностью называют согласованное протекание колебательных (волновых) процессов.»Волновые процессы.

Волны де Бройля — это реальные физические волны, они могут образовывать дифракцию и интерференцию. А именно, если частица имеет энергию Eи импульс p, то с ней связана волна, частота которой v = E/h и длина волны λ = h/p, где h ≈ 6·10-27эрг·сек — постоянная Планка. Например, частице с массой в 1 кг, движущейся со скоростью 1 м/с, соответствует волна де Бройля с м, что лежит далеко за пределом доступным наблюдению.

Также интересно: