ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ

Волны, связанные с любой микрочастицей и отражающие их квант. природу.

В 1924 франц. физик Л. де Бройль (L. de Broglie) высказал гипотезу о том, что установленный ранее для фотонов корпускулярно-волновой дуализм (заключающийся в том, что фотоны обладают и св-вами ч-ц, корпускул, и волн. св-вами) присущ всем ч-цам — эл-нам, протонам, атомам и т. д., причём количеств. соотношения между воли. и корпускулярными св-вами ч-ц те же, что для фотонов. Т. о., если ч-ца имеет энергию ? и импульс, абс. значение к-рого равно р, то с ней связана волна, частота к-рой v=?/h и длина l=h/p. Эти волны и получили назв. В. де Б.

Для ч-ц не очень высокой энергии (v<-c) l=h/mv, где т и v — масса и скорость ч-цы. Следовательно, длина В. де Б. тем меньше, чем больше масса ч-цы и её скорость. Напр., ч-це с массой в 1 г, движущейся со скоростью 1 м/с, соответствует В. де Б. с l»10-18 А, что лежит за пределами доступной наблюдению области. Поэтому волн. св-ва несущественны в механике макроскопич. тел. Для эл-нов же с энергиями от 1 эВ до 10 000 эВ длины В. де Б. лежат в пределах от =10 ? до 0,1 ?, т. е. в интервале длин волн рентг. излучения. Поэтому волн. св-ва эл-нов должны проявиться, напр., при их рассеянии на тех же кристаллах, на к-рых наблюдается дифракция рентгеновских лучей.

Первое эксперим. подтверждение гипотезы де Бройля было получено в 1927 в опытах амер. физиков К. Дэвиссона п Л. Джермера. Пучок эл-нов ускорялся в электрич. поле с разностью потенциалов 100—150 В (энергия таких эл-нов 100—150 эВ, что соответствует l»1 ?) и падал на кристалл никеля, играющий роль пространств. дифракц. решётки. Было установлено, что эл-ны дифрагируют на кристалле, причём именно так, как должно быть для волн, длина к-рых определяется соотношением де Бройля. Волн. св-ва эл-нов, нейтронов и др. ч-ц, а также атомов и молекул теперь не только надёжно доказаны прямыми опытами, но и широко используются в установках с высокой разрешающей способностью, так что можно говорить об инженерном использовании В. де Б. (см. ДИФРАКЦИЯ МИКРОЧАСТИЦ).

Подтверждённая на опыте идея де Бройля о двойств. природе микрочастиц — корпускулярно-волн. дуализме — принципиально изменила представления об облике микромира. Поскольку всем микрообъектам (по традиции за ними сохраняется термин «ч-цы») присущи и корпускулярные и волновые св-ва, то, очевидно, любую из этих «ч-ц» нельзя считать ни ч-цей, ни волной в классич. понимании. Возникла потребность в такой теории, в к-рой волн. и корпускулярные св-ва материи выступали бы не как исключающие, а как взаимно дополняющие друг друга. В основу такой теории — волновой, или квантовой, механики и легла концепция де Бройля. Ото отражается даже в назв. волновая функция для величины, описывающей в этой теории состояние системы. Квадрат модуля волн. ф-цин определяет вероятность состояния системы, и поэтому о В. де Б. часто говорят как о волнах вероятности (точнее, амплитуд вероятности). Для свободной ч-цы с точно заданным импульсом, движущейся вдоль оси х, волн. ф-ция имеет вид:

где h= h/2p (t — время). В этом случае |y|2=const, т.е. вероятность обнаружить ч-цу во всех точках одинакова.