Usawa wa Mawimbi na Vitambaa

Kwa maendeleo ya Mfano wa Upepo, matokeo ya Crompton na Mtaani wa Bohr wa Atom, fikra ya mwanga au radiasi zote kwa ujumla kuwa zinazotengenezwa kutoka kwa vitufe vya kutegemeana vya Quanta ilikuwa inafanikiwa zaidi.
Lakini, Sera ya Huygen’s iliyofundishwa na matokeo ya majaribio ya Young ya vipepeo viwili vilivyovifurika vilivyokuwa vinavyoonyesha kuwa mwanga ni mawimbi na si mitumbo ya vitufe.

Nambari tofauti ya vipepeo vilivyokutana kilivyoonekana kwa kutumia mwanga kupitia vipepeo viwili vilivyofanikiwa kwa sababu ya tabia ya mawimbi ya mwanga. Hii tena ilihusisha na mapambano ya tabia ya mwanga. Mnamo 1704, Newton pia alisuluhisha tabia ya vitufe la mwanga kwa teori yake ya corpuscular.

Teori zote mbili hazikuweza kutoa maelezo yoyote kuhusu vyombo vingine vilivyohusiana na mwanga. Kwa hivyo wanasayansi walianza kuhisi kuwa mwanga ana tabia ya mawimbi na vitufe. Mnamo 1924, mwanasayansi wa Kifaransa, Louis de Broglie aliwasha teoria. Alikubali kuwa vitu vyote duniani ni viwimbi pia, ikiwa itakuwa vitufe vichache kama photon au tembo kubwa, vitu vyote vina viwimbi vilivyovimba, ni kitu tofauti ambacho tabia ya viwimbi haionekani. Alikupa wavelength kila mambo una mizani m na momentum p kama

Hapa, h ni Planck constant na p = mv, v ni mwenduko ya mwili.

Kwa sababu ya uzito mkubwa wa tembo, unaweza kuwa na momentum muhimu na basi wavelength ndogo, ambayo hatuwezi kuziona. Lakini vitu vidogo kama electrons, vina uzito mdogo na basi wavelength inayonekana au tabia ya mawimbi. Teoria hii ya de Broglie pia inatufanya kuelewa umuhimu wa orbits katika mtaani wa Bohr. Electron itakuwa orbit kama urefu wake unafanana na mara mengi za wavelength yake asilia, ikiwa haiwezi kumaliza wavelength yake basi orbit hiyo hautakuwepo.

Maendeleo zaidi kutoka Davisson na Germer kuhusu electron diffraction kutoka kristalo na nambari tofauti ya vipepeo vilivyokutana baada ya kutumia electrons kupitia vipepeo viwili vilivyofanikiwa kwa kuongeza teoria ya de Broglie ya viwimbi vya matter au wave particle duality theory.

Mfano wa Compton

Katika mfano wa photoelectric, mwanga anapiga chuma kwa namba ya vitufe vilivyokataa photons. Nishati ya photon moja inahusisha kazi ya kazi nishati ya electron moja na pia hutumia nishati ya kinetic electron emitted. Photons hizi ni tabia ya vitufe la mawimbi ya mwanga. Sir Albert Einstein alisuluhisha kuwa mwanga ni athari ya watu wengi wa packets za nishati vilivyokataa photons ambapo photon kila moja ina nishati ya hf. Hapa h ni Planck constant na f ni frequency ya mwanga. Hii ni tabia ya vitufe la mawimbi ya mwanga. Tabia ya vitufe la mawimbi ya mwanga au electromagnetic wave nyingine inaweza kutofsiriwa kwa mfano wa Compton.

Katika majaribio hili, x-ray beam moja ya frequency fo na wavelength λo iliingia electron. Baada ya kumpiga electron na x-ray incident, elektron na x-ray incident zote zilitemeka kwa viwango vingine kulingana na axis ya x-ray incident. Tukio hili linamalizia kanuni ya conservation ya nishati kama particles za Newton. Lilitambuliwa kwamba baada ya tukio, elektron ilipanda kwa dereva fulani na x-ray incident ilitegema kwenye dereva nyingine na lilitambuliwa kwamba x-ray iliyotegema ina frequency na wavelength tofauti kutoka x-ray incident. Kama nishati ya photon inabadilika kwa frequency, inaweza kuchukua kuwa x-ray incident ilipoteza nishati wakati wa magoma na frequency ya x-ray iliyotegema imara kidogo kuliko x-ray incident. Nishati hii iliyopoteza ya x-ray photon imeongeza nishati ya kinetic ya haraka ya elektron. Magoma haya ya x-ray au photon na elektron ni sawa na particles za Newton kama Billboard balls.

Nishati ya photon inatolewa na

Basi momentum ya photon inaweza kuhitajika kama

Ambayo inaweza kuandikwa kama,

Kutokana na equation (1) inaweza kuchukua kuwa electromagnetic wave na wavelength λ ina photon na momentum p.
Kutokana na equation (2) inaweza kuchukua kuwa particle na momentum p ina wavelength λ. Hiyo inamaanisha mawimbi ina tabia ya vitufe, vitufe wakipanda pia hupatikana na tabia ya mawimbi.

Kama tumetumaini, malengo haya yaliyotengenezwa kwanza na De Broglie na basi hii inatafsiriwa kama De Broglie hypothesis. Kama wavelength ya particle inayopanda inaoneshwa kama

Hapa, p ni momentum, h ni Planck constant na wavelength λ inatafsiriwa kama De Broglie’s wavelength. De Broglie alielezea kuwa electrons wanapopanda kujijaza kwenye nucleus watakuwa na tabia ya mawimbi pamoja na tabia ya vitufe.

Majaribio ya Divission na Germer

Tabia ya mawimbi ya electron inaweza kutathmini na kutengeneza katika njia nyingi lakini majaribio maarufu zaidi ni ya Divission na Germer mwaka wa 1927. Katika majaribio hili waliatumia beam wa electrons zilizopandishwa ambazo zilipanda kwenye pembeni la nickel. Walionea pattern ya scattered electrons baada ya kumpiga pembeni la nickel. Waliatumia monitor wa ukungu wa electrons kwa ajili ya hii. Ingawa ilikuwa na matarajio kuwa electrons zitategema baada ya magoma kwa viwango tofauti kulingana na axis ya beam ya electrons incident, katika majaribio halisi lilipatikana kuwa ukungu wa scattered electrons ulikuwa mkubwa zaidi kwenye viwango fulani kuliko viwango vingine. Utangulizi huu wa scattered electrons unafanana sana na interference ya light diffraction. Basi majaribio hili linatuonyesha kuwepo kwa wave particle duality ya electrons. Malengo haya yanaweza kutumika kwa proton na neutrons pia.

Taarifa: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.