2018 р зміст
1.Експеріментальное підтвердження хвильових властивостей мікрочастинок 3
1.1.Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла 3
2.Гіпотеза де Бройля 5
2.1.Волновие властивості частинок. Корпускулярно-хвильовий дуалізм матерії. 5
1.1.Свойства хвиль де Бройля. 6
2.3.Расчет для нерелятівістскіх і релятивістських частинок. 7
2.4.Дліна хвилі де Бройля мікро- і макрооб'єктів. 7
2.5.Преломленіе електронних хвиль в металі. 8
2.6.Експеріментальние підтвердження гіпотези де Бройля. 9
2.6.1. Досвід Девіссона і Джермера. 11
2.6.2.Опит Дж. П. Томсона. 12
2.7.Діфракція одиночних електронів. 14
3.Теоретіческая частина 18
3.1.Проверка гіпотези де Бройля. 18
3.2 Висновок 24
3.3 Додаткова література 24
Експериментальне підтвердження хвильових властивостей мікрочастинок
Корпускулярно-хвильовий дуалізм світла
Розуміючи під світлом всі види випромінювання - видимого, інфрачервоного, ультрафіолетового, рентгенівського і ін. Відзначимо, що важливість світла як об'єкта навколишнього нас світу міститься ще в стародавньому біблійному: "Хай буде світло!". Що ж таке світло? Яка фізична природа світла? Відповідь на це питання є принципово важливим як для розуміння властивостей навколишньої природи, так і для розвитку фізики в цілому.
В кінці століття здавалося, що відповідь на питання про природу світла знайдений і доведений експериментально - світло є поширюються в просторі електромагнітні хвилі. Хвильова теорія світла, виходячи з такого уявлення про природу світла, на основі загальних властивостей хвильових процесів пояснила такі оптичні явища як інтерференція світла, дифракція світла, поляризація світла і ін.
Однак, вже на початку століття при дослідженні взаємодії світла з речовиною було виявлено такі оптичні явища як фотоефект, ефект Комптона, фотохімічні реакції і ін. При поясненні цих явищ уявлення про те, що світло є поширюються в просторі електромагнітні хвилі, виявилися неспроможними. Пророцтва хвильової теорії світла суперечать один одному з спостерігаються в експериментах закономірностями явищ квантової оптики. Пояснюючи ці явища, в 1905 р Ейнштейн висунув корпускулярну теорію світла, яка, розвиваючи ідеї Ньютона про світлових корпускули, розглядала світло як потік великого числа частинок, названих фотонами. Фотонна теорія світла легко пояснила все якісні і кількісні закономірності явищ квантової оптики.
Отже, на перший погляд, здавалося, що тепер, об'єднавши електромагнітні хвилі і фотони в одному об'єкті, ми і відповімо на питання про природу світла. Світло є хвилі і частинки. Однак, критичне вивчення такої відповіді показало неспроможність простого механічного об'єднання хвиль і частинок. Виявилося, що уявлення про електромагнітну хвилю і уявлення про потік частинок виключають один одного.
Світлова хвиля являє собою нелокалізованих електромагнітне поле, розподілене по простору. Густина енергії електромагнітного поля хвилі, пропорційна квадрату її амплітуди, може змінюватися на як завгодно малу величину, тобто безперервно.
На відміну від хвилі, фотон, як світлова частка, в даний момент часу локалізований поблизу деякої точки простору і з часом переміщується в просторі. Світлова енергія в такій моделі змінюється не безперервно, а тільки дискретно, залишаючись завжди кратної мінімальної порції (кванта) енергії, яку несе одиночний фотон.
Як же несуперечливим чином в одному матеріальному об'єкті об'єднати протилежності, здавалося б, що виключають одне одного? Відповідь на це питання містився ще в роботах найбільших філософів, які прийшли до висновку про те, що матеріальні об'єкти природи можуть мати внутрішніми протиріччями, об'єднуючи в собі протилежні якості. Так, наприклад, ідея про єдність і боротьбу протилежностей становить основу діалектики Гегеля.
Саме так, діалектично, сучасна фізика відповідає на питання про природу світла. Світло є матеріальний об'єкт, що володіє як хвильовими, так і корпускулярними властивостями. У різних фізичних процесах ці властивості можуть проявлятися в різного ступеня. При певних умовах, тобто в ряді оптичних явищ світло проявляє свої хвильові властивості. У цих випадках ми повинні розглядати світло як електромагнітні хвилі. В інших оптичних явищах світло проявляє свої корпускулярні властивості. і тоді його слід представляти як потік фотонів. Іноді, оптичний експеримент можна організувати так, що світло буде проявляти в ньому як хвильові, так і корпускулярні властивості. Дійсно, в досвіді Комптона на першому етапі розсіювання випромінювання на мішені воно поводиться як потік фотонів, але в вимірювальному блоці це ж випромінювання як електромагнітна хвиля відчуває дифракцію на кристалічній решітці.
Існують оптичні явища, які можуть бути пояснені якісно і кількісно як хвильової, так і корпускулярної теоріями світла. Так, наприклад, обидві ці теорії приводять до однакових співвідношеннях для тиску, що чиниться світлом при падінні його на речовину. Це пояснюється тим, що будь-яка модель, і хвильова, і корпускулярна враховує наявність у світла таких матеріальних характеристик як енергія, маса, імпульс.
Отже, в результаті поглиблення уявлень про природу світла, з'ясувалося, що світло має двоїсту природу, що отримала назву корпускулярно-хвильового дуалізму світла. З деякими об'єктами світло взаємодіє як хвиля, з іншими - подібно до потоку частинок. Однак, "не одна з цих картин (корпускулярна або хвильова) не може сказати нам усієї правди про природу світла" - писав Д.Джінс. І хоча ці картини навіть протилежні одна одній, одна картина доповнює іншу. "Протилежності не суперечили, а доповнення" - свідчить девіз Н.Бора.
У фізиці світло виявився першим об'єктом, у якого була виявлена двоїста, корпускулярно-хвильова природа. Як ми побачимо подальший розвиток фізики значно розширило клас таких об'єктів.
Такий спосіб об'єднання корпускулярних і хвильових властивостей матеріальних об'єктів, коли за допомогою хвиль ми описуємо рух частинок, лежить в основі квантової механіки.
Відзначимо, що корпускулярно-хвильовий дуалізм світла є далеко не тривіальним властивістю цього фізичного об'єкта. При першому знайомстві з проблемою дуалізму властивостей світла виникає природне запитання. Як уявити собі об'єкт, що володіє взаємовиключними властивостями? Як такі властивості можуть об'єднуватися і доповнювати один одного?
Подивимося на рис. 1.1. Що ми бачимо на цьому малюнку? Можна передбачити два різних відповіді на це питання. Перша відповідь: "Я бачу білу фігурну вазу на темному тлі". Друга відповідь: "Я бачу темні силуети двох осіб, що зближуються в поцілунку".
