1924 онд Францын залуу онолын физикч Луи де Бройль материйн долгион гэсэн ойлголтыг шинжлэх ухааны эргэлтэд оруулжээ. Энэхүү зоримог онолын таамаглал нь долгион-бөөмийн хоёрдмол байдлын (хоёрдмол байдал) шинж чанарыг материйн бүх илрэлүүдэд - зөвхөн цацрагт бус, мөн материйн аливаа бөөмүүдэд өргөжүүлсэн. Хэдийгээр орчин үеийн квант онол нь "материйн долгион"-ыг таамаглалыг зохиогчоос өөрөөр ойлгодог ч материаллаг бөөмстэй холбоотой энэхүү физик үзэгдэл нь түүний нэрээр нэрлэгдсэн - де Бройль долгион.
Үзэл баримтлал үүссэн түүх
1913 онд Н. Борын санал болгосон атомын хагас сонгодог загвар нь дараах хоёр постулат дээр үндэслэсэн:
- Атом дахь электроны өнцгийн импульс (импульс) юу ч байж болохгүй. Энэ нь үргэлж nh/2π-тай пропорциональ байдаг ба энд n нь 1-ээс эхлэх дурын бүхэл тоо, h нь Планкийн тогтмол бөгөөд томъёонд байгаа нь бөөмийн өнцгийн импульс гэдгийг тодорхой харуулж байна.квантчилсан Иймээс атомд зөвшөөрөгдсөн тойрог замууд байдаг бөгөөд тэдгээрийн дагуу зөвхөн электрон хөдөлдөг бөгөөд тэдгээр дээр үлдэж, цацраг туяа цацруулдаггүй, өөрөөр хэлбэл энерги алддаггүй.
- Атомын электрон энерги ялгаруулах буюу шингээх нь нэг тойрог замаас нөгөө тойрог замд шилжих үед тохиолддог бөгөөд түүний хэмжээ нь эдгээр тойрог замд тохирох энергийн зөрүүтэй тэнцүү байна. Зөвшөөрөгдсөн тойрог замуудын хооронд завсрын төлөв байхгүй тул цацрагийг мөн нарийн хэмждэг. Түүний давтамж нь (E1 – E2)/цаг бөгөөд энэ нь E=hν энергийн Планкийн томъёоноос шууд гардаг.
Тиймээс Борын атомын загвар нь электроныг тойрог замд цацруулж, тойрог замуудын хооронд байхыг "хориглосон" боловч түүний хөдөлгөөнийг нарны эргэн тойронд гаригийн эргэлттэй адил сонгодог гэж үздэг байв. Де Бройль электрон яагаад ийм үйлдэл хийдэг вэ гэсэн асуултын хариултыг хайж байв. Зөвшөөрөгдөх тойрог зам байгаа эсэхийг байгалийн аргаар тайлбарлах боломжтой юу? Тэрээр электроныг ямар нэгэн долгион дагалдаж байх ёстой гэж санал болгов. Түүний оршихуй нь бөөмсийг зөвхөн энэ долгион нь бүхэл тооны удаа таарах тойрог замуудыг "сонгодог". Энэ нь Борын дэвшүүлсэн томьёоны бүхэл тооны коэффициентийн утга байв.
Де Бройлийн электрон долгион нь цахилгаан соронзон биш бөгөөд долгионы параметрүүд нь зөвхөн атом дахь электронууд биш аливаа бодисын бөөмийн шинж чанартай байх ёстой гэсэн таамаглалаас гарсан.
Бөөмстэй холбоотой долгионы уртыг тооцоолох
Залуу эрдэмтэн маш сонирхолтой харьцаатай болсон нь үүнийг зөвшөөрдөгэдгээр долгионы шинж чанарууд юу болохыг тодорхойлох. Тоон де Бройль долгион гэж юу вэ? Үүнийг тооцоолох томъёо нь энгийн хэлбэртэй байна: λ=h/p. Энд λ нь долгионы урт, p нь бөөмийн импульс юм. Харьцангуй бус бөөмсийн хувьд энэ харьцааг λ=h/mv гэж бичиж болно, энд m нь масс, v нь бөөмийн хурд юм.
Яагаад энэ томьёо онцгой анхаарал татаж байгааг түүний доторх утгуудаас харж болно. Де Бройль материйн корпускуляр ба долгионы шинж чанарыг нэг харьцаагаар нэгтгэж чадсан - импульс ба долгионы урт. Мөн тэдгээрийг холбох Планк тогтмол (түүний утга нь ойролцоогоор 6.626 × 10-27 erg∙s эсвэл 6.626 × 10-34 J∙ c) олонлогууд материйн долгионы шинж чанарыг харуулах масштаб.
Бичил болон макро ертөнц дэх "Материйн долгион"
Тиймээс физик объектын импульс (масс, хурд) их байх тусам түүнтэй холбоотой долгионы урт богино байх болно. Энэ нь макроскопийн биетүүд байгалийн долгионы бүрэлдэхүүнийг харуулахгүй байх шалтгаан юм. Жишээ болгон янз бүрийн масштабтай объектын де Бройлийн долгионы уртыг тодорхойлоход хангалттай.
- Дэлхий. Манай гаригийн масс ойролцоогоор 6 × 1024 кг, нартай харьцуулахад тойрог замын хурд нь 3 × 104 м/с байна. Эдгээр утгыг томъёонд орлуулснаар бид (ойролцоогоор): 6, 6 × 10-34/(6 × 1024 × 3 болно. × 10 4)=3.6 × 10-63 м. "Дэлхийн долгион"-ын урт нь алга болохуйц бага утгатай болохыг харж болно.. Бүртгүүлэх ямар ч боломж байхгүйалсын онолын байр.
- 10-11 кг жинтэй, ойролцоогоор 10-4 м/с хурдтай хөдөлдөг нян. Үүнтэй төстэй тооцоог хийснээр хамгийн жижиг амьд биетүүдийн нэг болох де Бройль долгионы урт нь 10-19 м-ийн урттай - мөн илрүүлэхэд хэтэрхий жижиг болохыг олж мэдэх боломжтой..
- 9.1 × 10-31 кг масстай электрон. Электроныг 1 В потенциалын зөрүүгээр 106 м/с хурдасгая. Дараа нь электрон долгионы долгионы урт нь ойролцоогоор 7 × 10-10 м буюу 0.7 нанометр байх бөгөөд энэ нь рентген долгионы урттай харьцуулах боломжтой бөгөөд бүртгэх боломжтой юм.
Электроны масс нь бусад бөөмсийн нэгэн адил маш жижиг, үл үзэгдэх тул тэдгээрийн мөн чанарын нөгөө тал нь мэдэгдэхүйц долгион мэт болдог.
Тархалтын хувь
Далгианы үе ба бүлгийн хурд гэх мэт ойлголтуудыг ялгах. Де Бройль долгионы үе шат (ижил фазын гадаргуугийн хөдөлгөөний хурд) нь гэрлийн хурдаас давсан байна. Гэхдээ энэ баримт нь харьцангуйн онолтой зөрчилдсөн гэсэн үг биш, учир нь фаз нь мэдээлэл дамжуулах объектуудын нэг биш тул энэ тохиолдолд учир шалтгааны зарчим ямар ч байдлаар зөрчигддөггүй.
Бүлгийн хурд нь гэрлийн хурдаас бага бөгөөд энэ нь тархалтын улмаас үүссэн олон долгионы суперпозиция (суперпозиция) хөдөлгөөнтэй холбоотой бөгөөд энэ нь электрон болон бусад хурдыг тусгадаг. долгион холбоотой бөөмс.
Туршилтын нээлт
Де Бройль долгионы уртын хэмжээ нь физикчдэд материйн долгионы шинж чанарын талаарх таамаглалыг батлах туршилт хийх боломжийг олгосон. Электрон долгион нь бодит эсэх тухай асуултын хариулт нь эдгээр бөөмсийн урсгалын дифракцийг илрүүлэх туршилт байж болох юм. Электрон долгионы урттай ойролцоо рентген цацрагийн хувьд ердийн дифракцийн тор нь тохиромжгүй - түүний хугацаа (өөрөөр хэлбэл цус харвалт хоорондын зай) хэтэрхий том байна. Кристал торны атомын зангилаа нь тохирох хугацааны хэмжээтэй байна.
Аль хэдийн 1927 онд К. Дэвиссон, Л. Гермер нар электрон дифракцийг илрүүлэх туршилт хийжээ. Никелийн нэг талстыг цацруулагч тор болгон ашигласан бөгөөд электрон цацрагийн янз бүрийн өнцгөөр тархах эрчмийг гальванометр ашиглан тэмдэглэв. Тархалтын шинж чанар нь дифракцийн тодорхой хэв маягийг илрүүлсэн бөгөөд энэ нь де Бройлийн таамаглалыг баталсан. Дэвиссон, Гермер нараас үл хамааран Ж. П. Томсон мөн онд электрон дифракцийг туршилтаар нээжээ. Хэсэг хугацааны дараа протон, нейтрон, атомын цацрагт дифракцийн хэв маягийн дүр төрхийг тогтоосон.
1949 онд В. Фабрикантаар ахлуулсан Зөвлөлтийн физикчдийн хэсэг цацраг биш харин бие даасан электронуудыг ашиглан амжилттай туршилт явуулсан нь дифракц нь бөөмсийн хамтын үйл ажиллагааны ямар нэгэн нөлөө биш гэдгийг үгүйсгэх аргагүй нотлох боломжийг олгосон юм., долгионы шинж чанар нь электронд хамаарна.
"Материйн долгион"-ын тухай санаа хөгжүүлэх
Л.де Бройль өөрөө долгионыг ингэж төсөөлж байсанбөөмстэй салшгүй холбоотой, түүний хөдөлгөөнийг удирддаг бодит физик объект бөгөөд үүнийг "нисгэгч долгион" гэж нэрлэсэн. Гэсэн хэдий ч тэрээр бөөмсийг сонгодог замналтай объект гэж үзсээр байх зуур ийм долгионы мөн чанарын талаар юу ч хэлж чадаагүй.
Де Бройлийн санааг хөгжүүлснээр Э. Шрөдингер материйн бүрэн долгионы шинж чанартай, үнэндээ түүний корпускуляр талыг үл тоомсорлов. Шрөдингерийн ойлголт дахь аливаа бөөмс нь нэг төрлийн авсаархан долгионы багц бөгөөд үүнээс өөр зүйл биш юм. Энэ аргын асуудал нь ялангуяа ийм долгионы пакетуудын хурдан тархах алдартай үзэгдэл байв. Үүний зэрэгцээ электрон гэх мэт бөөмс нь нэлээд тогтвортой бөгөөд орон зайд "түрхдэггүй".
XX зууны 20-иод оны дунд үеийн ширүүн хэлэлцүүлгийн үеэр квант физик нь материйн дүрслэл дэх корпускуляр ба долгионы хэв маягийг эвлэрүүлэх аргыг боловсруулсан. Онолын хувьд үүнийг М. Борн нотолсон бөгөөд мөн чанарыг нь хэдхэн үгээр илэрхийлж болно: де Бройль долгион нь цаг хугацааны аль нэг цэгт бөөмс олох магадлалын тархалтыг илэрхийлдэг. Тиймээс үүнийг магадлалын долгион гэж бас нэрлэдэг. Математикийн хувьд үүнийг Шредингерийн долгионы функцээр тайлбарласан бөгөөд түүний шийдэл нь энэ долгионы далайцын хэмжээг олж авах боломжийг олгодог. Далайцын модулийн квадрат магадлалыг тодорхойлно.
Де Бройлийн долгионы таамаглалын үнэ цэнэ
1927 онд Н. Бор, В. Гейзенберг нарын сайжруулсан магадлалын хандлага бий болсон. Копенгагены тайлбар гэж нэрлэгддэг үндэс суурь нь маш их бүтээмжтэй болсон боловч харааны механик, дүрслэлийн загвараас татгалзсанаар шинжлэх ухаанд нэвтрүүлсэн. Алдарт "хэмжилтийн асуудал" зэрэг хэд хэдэн маргаантай асуудлууд байгаа хэдий ч олон тооны хэрэглээтэй квант онолын цаашдын хөгжил нь Копенгагены тайлбартай холбоотой юм.
Энэ хооронд орчин үеийн квант физикийн маргаангүй амжилтын нэг үндэс нь бараг зуун жилийн өмнөх "материалын долгион"-ын тухай онолын ойлголт болох де Бройлийн гайхалтай таамаглал байсныг санах хэрэгтэй. Анхны тайлбарт өөрчлөлт орсон ч түүний мөн чанар нь маргаангүй хэвээр байна: бүх матери нь хоёрдмол шинж чанартай байдаг бөгөөд тэдгээрийн янз бүрийн талууд нь үргэлж бие биенээсээ тусад нь харагддаг боловч хоорондоо нягт холбоотой байдаг.
