A De Broglie-hipotézis szerint minden anyag hullámszerű tulajdonságokkal rendelkezik, és összekapcsolja a megfigyelt hullámhossz az anyag lendületére. Utána Albert Einsteinéfotonelmélet Amikor elfogadták, felmerült a kérdés, hogy ez csak a fényre vonatkozik-e, vagy az anyagi tárgyak is hullámszerű viselkedést mutatnak-e. Így alakult ki a De Broglie-hipotézis.
De Broglie disszertációja
1923-ban (vagy a forrástól függően 1924-ben) a francia fizikus doktori disszertációjában Louis de Broglie merész állítást tett. Figyelembe véve Einstein hullámhossz kapcsolatát lambda lendületbe p, de Broglie azt javasolta, hogy ez a kapcsolat meghatározzon bármilyen anyag hullámhosszát a kapcsolatban:
lambda = h / p
emlékeztess erre h a Planck állandója
Ezt a hullámhosszt nevezzük de Broglie hullámhossza. Azért választotta a lendület-egyenletet az energiaegyenlet fölött, hogy az anyaggal nem volt világos, vajon E teljes energiának, kinetikus energiának vagy teljes relativista energiának kell lennie. A fotonok mind azonosak, de az anyag esetében nem.
A lendület viszonyának feltételezése azonban lehetővé tette egy hasonló de Broglie-kapcsolat származtatását frekvencia szempontjából f a kinetikus energia felhasználásával Ek:
f = Ek / h
Alternatív készítmények
De Broglie kapcsolatait néha Dirac állandójával fejezik ki, h-bar = h / (2pi) és a szögfrekvencia w és hullámszám k:
p = h-bar * kEk
= h-bar * w
Kísérleti megerősítés
1927-ben Clinton Davisson és Lester Germer, a Bell Labs fizikusai kísérletet hajtottak végre, ahol elektronokat lőttek egy kristályos nikkel célpont felé. A kapott diffrakciós minta megegyezett a de Broglie hullámhosszának becsléseivel. De Broglie 1929-ben Nobel-díjat kapott elméletéért (ezt először adományozták Ph.D-re. tézis) és Davisson / Germer 1937-ben közösen nyerték meg az elektrondiffrakció kísérleti felfedezéséért (és ezáltal de Broglie hipotézisének bizonyításához).
További kísérletek igazolják de Broglie hipotézisének valódiságát, ideértve a kettős hasított kísérlet. Az 1999. évi difrakciós kísérletek megerősítették a de Broglie hullámhosszát olyan nagy molekulák viselkedésében, mint a hajógömb, amelyek összetett molekulák, amelyek legalább 60 szénatomot tartalmaznak.
A de Broglie-hipotézis jelentősége
A de Broglie-hipotézis kimutatta, hogy a hullám-részecske kettősség nem csupán a fény eltérő viselkedése volt, hanem egy alapelv, amelyet mind a sugárzás, mind az anyag mutat. Mint ilyen, hullám-egyenletekkel lehet leírni az anyag viselkedését, mindaddig, amíg megfelelően alkalmazzák a de Broglie-hullámhosszt. Ez döntő fontosságúnak bizonyul a kvantummechanika fejlődésében. Ez ma már az atomszerkezet és a részecskefizika elméletének szerves része.
Makroszkopikus tárgyak és hullámhossz
Bár de Broglie hipotézise bármilyen méretű anyag hullámhosszát megjósolja, reális korlátok vannak arra, mikor hasznos. A kancsóba dobott baseball de Broglie hullámhosszának kb. 20 nagyságrenddel kisebb, mint a proton átmérője. A makroszkopikus objektumok hullám aspektusa olyan apró, hogy bármilyen hasznos szempontból megfigyelhetetlen legyen, bár érdekes a múzeum iránt.