Корпускулярноволновой дуализм в природе Я всегда держался мнения

Корпускулярноволновой дуализм в природе «Я всегда держался мнения, что закон природы выражается тем проще, чем более общим он является» . Макс Планк

Постулаты: 1. О стационарных состояниях. В атоме существуют орбиты, вращаясь по которым электрон не излучает. 2. О квантовых скачках. Излучение происходит только при переходе с одной стационарной орбиты на другую. Нильс Бор (1885 -1962)

Луи де Бройль (1892 -1987) Луи Виктор Пьер Раймон де Бройль (15 августа 1892 – 19 марта 1987) – французский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Окончил Парижский университет (1910 г. ), где изучал историю. Луи де Бройлю было 30 лет, когда он написал свою формулу. 1924 г. – защита в Сорбонне докторской диссертации ( «Исследования по теории квантов» ) по физике – идея волн материи. 1929 г. – Нобелевская премия за идею о волновых свойствах материи (волны де Бройля). 1928 -1962 гг. – профессор Парижского унирситета. Член Парижской АН (1933 г. ), в 19421975 гг. – ее непременный секретарь. Иностранный член АН СССР (1958 г. )

ИДЕЯ ДЕ БРОЙЛЯ Гипотеза о волнах материи – любая частица должна проявлять волновые свойства Луи де Бройля занимал вопрос: «Почему атомы устойчивы? И почему на стационарных орбитах атом не излучает? » Объясняя непонятные факты, де Бройль прибегает к аналогии. Он понял, что здесь имеют место трудности сродни тем, которые возникли при объяснении природы света, - речь идет о корпускулярно-волновом дуализме света. Де Бройль предположил: не только луч света, но и все тела в природе должны обладать и волновыми, и корпускулярными свойствами одновременно!

Корпускулярно – волновой дуализм частиц 1923 г. – гипотеза де Бройля: корпускулярно – волновой дуализм является универсальным свойством любых материальных объектов, а не только света. 1927 г. – экспериментальное обнаружение Дж. Томсоном дифракции электронов.

Дифракция электронов на двух щелях.

Анализ этого эксперимента позволяет проиллюстрировать логические трудности, возникающие в квантовой теории. Те же проблемы возникают при объяснении оптического опыта Юнга, исходя из концепции фотонов.

Если в опыте по наблюдению дифракции электронов на двух щелях закрыть одну из щелей, то интерференционные полосы исчезнут, и фотопластинка зарегистрирует распределение электронов, продифрагировавших на одной щели

В этом случае все электроны, долетающие до фотопластинки, проходят через единственную открытую щель. Если же открыты обе щели, то появляются интерференционные полосы, и тогда возникает вопрос, через какую из щелей пролетает тот или иной электрон?

Электрон пролетает через обе щели. Мы интуитивно представляем себе поток микрочастиц как направленное движение маленьких шариков и применяем для описания этого движения законы классической физики. Но электрон (и любая другая микрочастица) обладает не только корпускулярными, но и волновыми свойствами.

Легко представить, как электромагнитная световая волна проходит через две щели в оптическом опыте Юнга, т. к. волна не локализована в пространстве. Но если принять концепцию фотонов, то мы должны признать, что каждый фотон тоже не локализован. Невозможно указать, через какую из щелей пролетел фотон, как невозможно проследить за траекторией движения фотона до фотопластинки и указать точку, в которую он попадет.

Опыт показывает, что даже в том случае, когда фотоны пролетают через интерферометр поштучно, интерференционная картина после пролета многих независимых фотонов все равно возникает. Поэтому в квантовой физике делается вывод: фотон интерферирует сам с собой.

Экспериментальная проверка идеи Луи де Бройля В 1927 г. получено прямое доказательство гипотезы де Бройля. Американские физики Клинтон Джозеф Дэвиссон и Лестер Альберт Джермер наблюдали дифракцию электронов на кристалле. Клинтон Джозеф Дэвиссон (1881 -1958)

Соотношение неопределенностей Гейзенберга Произведение неопределенности координаты частицы на неопределенность ее импульса не меньше постоянной Планка. Δy∙Δp ≥ h Физический смысл соотношения неопределенностей в том, что нельзя независимо рассматривать корпускулярные и волновые характеристики микрочастиц: они взимосвязаны.

Описание опыта К. Дэвиссона и Л. Джермера К. Дэвиссон и Л. Джермер проводили опыт по наблюдению рассеяния электронов от никелевой поликристаллической пластинки, находящейся в вакууме. В опыте можно было изменять как энергию электронов, так и угол падения их на кристалл. Наблюдалась почти монотонная картина изменения интенсивности рассеяния электронов от угла рассеяния. Случайно в установку попал воздух и поверхность металла окислилась. Пришлось удалять оксидную пленку отжигом кристалла при высокой температуре – произошла рекристаллизация. После продолжения опыта результаты его стали совсем иными: наблюдались ярко выраженные максимумы и минимумы (дифракция по методу Брэггов). Авария обернулась удачей: К. Дэвиссон и Л. Джермер наблюдали дифракцию электронов.

Опыт Дж. П. Томсона Джордж Паджет Томсон (1892 – 1975) В том же 1927 г. английский физик Джордж Паджет Томсон (сын Дж. Томсона) наблюдал также дифракцию электронов, используя другой метод (метод Дебая-Шеррера). Пропуская параллельный пучок электронов (с энергией около 104 э. В) через золотую фольгу толщиной около 10 -7 м, получил на экране ряд дифракционных колец.

Э. Шредингер: «Некоторые исследователи (Дэвиссон и Джермер и молодой Томсон) приступили к выполнению опыта, за который еще несколько лет назад их бы поместили в психиатрическую больницу для наблюдения за их Эрвин Шредингер (1887 – 1961) душевным состоянием. Но они добились успеха!»

Нобелевская премия 1922 г. – Н. Г. Д. Бор (Дания) – За заслуги в изучении строения атома. 1929 г. – Л. -В. -П. -Р. де Бройль (Франция) – За открытие волновой природы электрона. 1937 г. – К. Дж. Дэвиссон (США), Дж. П. Томсон (Великобритания) – За открытие дифракции электронов на кристаллах.