Загальні відомості
Матеріальні хвилі, звані також хвилями де Бройля, є головним елементом всієї матерії, в тому числі атомів, з яких складається наше тіло. Одним з перших і найбільш важливих висновків квантової фізики є припущення, що електрони мають подвійну природу. Вони можуть бути як хвилею, так і часткою. Незабаром стало очевидно, що вся матерія володіє цією ж природою. Саме тому речовина, частково, має ті ж властивості що і електрони, які є частинками.
Однак довжина хвилі частинок матерії дуже мала, і в більшості випадків вони ледь помітні. Наприклад, довжина хвилі матерії людського тіла складає близько 10 нанометрів. Це набагато менше, ніж можна помітити з використанням сучасних технологій.
Теорія і її доказ
Концепція хвиль матерії була вперше запропонована французьким фізиком Луї Де Бройля. Він лише розширив гіпотезу, висунуту Альбертом Ейнштейном, Максом Планком і Нільсом Бором. Бор в першу чергу вивчив квантове поведінку атомів водню, в той час як де Бройль намагався розширити ці ідеї, щоб визначити рівняння хвилі для всіх видів матерії. Де Бройль створив свою теорію і представив її як кандидатської дисертації, за яку він був удостоєний Нобелівської премії з фізики в 1929 році. Це був перший випадок, коли Нобелівська премія була присуджена за кандидатську дисертацію.
Рівняння, відомі як Гіпотеза Де Бройля, описують двоїсту природу хвиль і частинок. Ці рівняння доводять, що довжина хвилі обернено пропорційна її імпульсу і частоті, але прямо пропорційна кінетичної енергії. Енергія є відносним значенням, яке залежить від одиниць виміру. Таким чином, частки з низьким імпульсом, такі як електрони, при кімнатній температурі мають дебройлевскую довжину хвилі - близько 8 нанометрів. Частинки з ще більш низьким імпульсом, такі як атоми гелію, при температурах лише кілька нанокельвінов, матимуть довжину хвилі всього два-три мікрона.
Гіпотеза Де Бройля була підтверджена в 1927 році, коли вчені Лестер Гермер і Клінтон Девіссон бомбардували нікелеву пластину повільними електронами. В результаті досвіду вийшла дифракционная картина, яка продемонструвала хвилеподібні характеристики електронів. Дебройлевскіе хвилі можна спостерігати тільки при певних умовах, тому що електрони, які використовуються для їх виявлення, повинні володіти малим прискоренням. З 1927 року хвилеподібний характер різних елементарних частинок був продемонстрований і доведений емпірично.
