หลักการความเป็นสองอย่างของคลื่นและอนุภาค

ด้วยการพัฒนาของผลต่อแสงไฟฟ้า, ผลของ Crompton และโมเดลอะตอมของ Bohr ความคิดเห็นเกี่ยวกับแสงหรือรังสีทั่วไปที่ประกอบด้วยอนุภาคหรือควันตาได้รับความนิยมอย่างกว้างขวาง
อย่างไรก็ตาม หลักการของ Huygen ที่มั่นคงและผลของการทดลองช่องทางคู่ของ Young ทำให้ชัดเจนว่าแสงเป็นคลื่นไม่ใช่กระแสอนุภาค

รูปแบบการแทรกซ้อนที่เห็นจากการผ่านแสงผ่านช่องทางคู่แน่นอนเป็นผลมาจากธรรมชาติคลื่นของแสง ซึ่งทำให้เกิดข้อถกเถียงเรื่องธรรมชาติของแสงอีกครั้ง ในปี 1704 Newton ก็เสนอแนวคิดเรื่องอนุภาคของแสงโดยทฤษฎี Corpuscular

ทั้งสองทฤษฎีไม่เพียงพอในการอธิบายปรากฏการณ์ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับแสง ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มสรุปว่าแสงมีทั้งธรรมชาติคลื่นและอนุภาค ในปี 1924 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Louis de Broglie ได้เสนอทฤษฎี โดยเขาเสนอว่าอนุภาคทั้งหมดในเอกภพมีธรรมชาติคลื่นเช่นกัน ไม่ว่าจะเป็นโฟตอนเล็กๆ หรือช้างใหญ่ ทุกอย่างมีคลื่นที่เกี่ยวข้องกับตัวเอง แม้ว่าธรรมชาติคลื่นอาจจะสังเกตเห็นได้หรือไม่ เขาได้กำหนดความยาวคลื่นให้กับสารที่มีมวล m และโมเมนตัม p ว่า

เมื่อ h เป็นค่าคงที่ของ Planck และ p = mv, v เป็นความเร็วของวัตถุ

ดังนั้นเนื่องจากช้างมีมวลมาก มันมีโมเมนตัมที่สำคัญและมีความยาวคลื่นที่เล็กมาก ซึ่งเราไม่สามารถสังเกตเห็นได้ แต่อนุภาคเล็กๆ เช่น อิเล็กตรอน ฯลฯ มีมวลเล็กและมีความยาวคลื่นที่สังเกตเห็นได้ชัด ทฤษฎีของ de Broglie ยังช่วยอธิบายการดำรงอยู่ของวงโคจรในโมเดลอะตอมของ Bohr ด้วย อิเล็กตรอนจะดำรงอยู่ในวงโคจรหากความยาวของวงโคจรเท่ากับจำนวนเต็มเท่าของความยาวคลื่นธรรมชาติ หากไม่สามารถครบความยาวคลื่นได้ วงโคจรนั้นจะไม่มีอยู่

การพัฒนาต่อมาโดย Davisson และ Germer ของการกระจายอิเล็กตรอนจากผลึกและการได้รูปแบบการแทรกซ้อนหลังจากการกระทบกับช่องทางคู่ด้วยอิเล็กตรอนได้เสริมทฤษฎีคลื่นของ de Broglie หรือทฤษฎีคลื่นและอนุภาค

ผล Compton

ในการผลิตแสงไฟฟ้า แสงกระทบบนโลหะในรูปแบบลำแสงอนุภาคที่เรียกว่าโฟตอน พลังงานของโฟตอนหนึ่งๆ ช่วยให้ฟังก์ชันการทำงานของอิเล็กตรอนหนึ่งๆ และให้พลังงาน cinetic แก่อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมา โฟตอนเหล่านี้เป็นพฤติกรรมคล้ายอนุภาคของคลื่นแสง Sir Albert Einstein ได้เสนอว่าแสงเป็นผลรวมของแพ็คเกจพลังงานจำนวนมากที่เรียกว่าโฟตอน ซึ่งแต่ละโฟตอนมีพลังงาน hf ที่ h เป็นค่าคงที่ของ Planck และ f เป็นความถี่ของแสง นี่คือพฤติกรรมคล้ายอนุภาคของคลื่นแสง พฤติกรรมคล้ายอนุภาคของคลื่นแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ สามารถอธิบายได้ด้วยผล Compton.

ในการทดลองนี้ ลำแสง X ที่มีความถี่ fo และความยาวคลื่น λo กระทบกับอิเล็กตรอน หลังจากที่ลำแสง X กระทบกับอิเล็กตรอน พบว่าอิเล็กตรอนและลำแสง X ทั้งสองกระจายออกไปในมุมต่างๆ ตามแกนของลำแสง X ที่กระทบ การชนนี้ปฏิบัติตามหลักการอนุรักษ์พลังงานเหมือนกับการชนของอนุภาคของ Newton พบว่าหลังจากชน อิเล็กตรอนถูกเร่งในทิศทางหนึ่ง และลำแสง X ที่กระทบถูกกระจายออกไปในทิศทางอื่น และยังพบว่าลำแสงที่กระจายมีความถี่และความยาวคลื่นที่แตกต่างจากลำแสง X ที่กระทบ เนื่องจากพลังงานของโฟตอนเปลี่ยนแปลงตามความถี่ จึงสรุปได้ว่าลำแสง X สูญเสียพลังงานระหว่างการชน และความถี่ของลำแสงที่กระจายจะน้อยกว่าลำแสง X ที่กระทบ พลังงานที่สูญเสียของโฟตอน X นี้ช่วยให้มีพลังงาน cinetic สำหรับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน การชนของลำแสง X หรือโฟตอนกับอิเล็กตรอนคล้ายกับอนุภาคของ Newton เช่น ลูกบอล Billiard.

พลังงานของโฟตอนกำหนดโดย

ดังนั้นโมเมนตัมของโฟตอนสามารถพิสูจน์ได้ว่า

ซึ่งสามารถเขียนได้ว่า,

จากสมการ (1) สามารถสรุปได้ว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่น λ จะมีโฟตอนที่มีโมเมนตัม p
จากสมการ (2) สามารถสรุปได้ว่าอนุภาคที่มีโมเมนตัม p จะมีความยาวคลื่น λ นั่นคือคลื่นมีลักษณะคล้ายอนุภาค และอนุภาคเมื่อเคลื่อนที่ยังแสดงพฤติกรรมคล้ายคลื่น

อย่างที่เราได้กล่าวไว้แล้ว สรุปนี้ถูกวาดขึ้นครั้งแรกโดย De Broglie ดังนั้นจึงเรียกว่าสมมติฐานของ De Broglie เมื่อความยาวคลื่นของอนุภาคที่เคลื่อนที่แสดงเป็น

เมื่อ p เป็นโมเมนตัม, h เป็นค่าคงที่ของ Planck และความยาวคลื่น λ ถูกเรียกว่าความยาวคลื่นของ De Broglie De Broglie อธิบายว่าเมื่ออิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียส มันจะมีพฤติกรรมคล้ายคลื่นควบคู่ไปกับลักษณะคล้ายอนุภาค

การทดลองของ Divission และ Germer

ธรรมชาติคลื่นของอิเล็กตรอนสามารถพิสูจน์และยืนยันได้หลายวิธี แต่การทดลองที่นิยมมากที่สุดคือการทดลองของ Divission และ Germer ในปี 1927 ในการทดลองนี้ พวกเขาใช้ลำแสงอิเล็กตรอนที่เร่งความเร็วซึ่งกระทบกับพื้นผิวของก้อนนิกเกิล พวกเขาสังเกตการกระจายของอิเล็กตรอนหลังจากกระทบกับก้อนนิกเกิล พวกเขาใช้เครื่องตรวจสอบความหนาแน่นของอิเล็กตรอนเพื่อวัตถุประสงค์นี้ แม้ว่าคาดว่าอิเล็กตรอนควรกระจายหลังจากการชนในมุมต่างๆ ตามแกนของลำแสงอิเล็กตรอนที่กระทบ แต่ในการทดลองจริงพบว่าความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่กระจายมีมากในมุมบางมุมกว่ามุมอื่นๆ การกระจายมุมของอิเล็กตรอนที่กระจายมีลักษณะคล้ายกับการแทรกซ้อนของแสง การทดลองนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงการดำรงอยู่ของคลื่นและอนุภาคของอิเล็กตรอน หลักการเดียวกันนี้สามารถนำไปใช้กับโปรตอนและนิวตรอนได้ด้วย

คำแถลง: ให้ความเคารพต่อ บทความดั้งเดิม ที่มีคุณภาพ ที่ควรแชร์ หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเพื่อลบ