Nauki przyrodnicze
MENU
STRONA GŁÓWNA
Przyroda polska
Zdjęcia natury
Fizyka teoretyczna
Biologia teoretyczna
Biochemia
Biologia molekularna
Ornitologia
Rośliny Polski
Botanika
Zoologia
Internetowe ZOO
Związki czynne roślin
Pierwiastki
chemiczne
Chemia nieorg.
Chemia organiczna
Ciekawostki
biologiczne
Ciekawostki
fizyczne
Ciekawostki
chemiczne
Ciekawe książki
Ciekawe strony www
Słownik

INFO
INFO O AUTORZE
KONTAKT

Do działu: FIZYKA TEORETYCZNA →

Louis de Broglie
(15.08.1892 - 19.03.1987)

Narodowość: Francuz
Nagroda Nobla: 1929 r.

Jak już mówiliśmy, Newton uważał, że światło składa się z cząstek. Znany holenderski fizyk - Christiaan Huygens był odmiennego zdania. Twierdził on, że światło ma naturę falową i tym tłumaczył znane mu zjawiska optyczne.
Na początku XIX wieku fizyk brytyjski – Thomas Young przeprowadził doświadczenie, które badało zachowanie się światła przechodzącego przez 2 (przynajmniej) szczeliny. Zaobserwował wtedy zjawisko interferencji i swoje doświadczenie zinterpretował za pomocą falowej natury światła. Wyglądało więc na to, że Huygens miał rację...

Ale, jak pamiętamy, Einstein na początku XX wieku był w stanie wyjaśnić efekt fotoelektryczny tylko przy założeniu, że światło składa się z cząstek – fotonów. Stało się więc jasne, że światło ma naturę dwoistą. Zjawisko to nazywamy dualizmem korpuskularno-falowym.

Młody arystokrata – Louis de Broglie, pracujący nad swoją pracą doktorską, zadał sobie pytanie: czy cząstki o niezerowej masie spoczynkowej (np. elektron, proton) też mogą być cząstkami i falami ? Twierdząca odpowiedź na to pytanie czyniłaby dualizm korpuskularno-falowy fundamentalną cechą przyrody.

Najpierw zapoznajmy się z kilkoma wzorami związanymi z falową naturą światła. Długość fali elektromagnetycznej (λ) wyznacza wzór:

λ = c / ν     c – prędkość światła, ν - częstotliwość drgań fali

Pomnóżmy ten wzór obustronnie przez stałą Plancka h:

hλ = hc / ν
λ = hc / hν

Występujące we wzorze hν to znany nam już wzór na energię fotonu (E).

λ = hc / E

Jest również inny wzór na energię fali elektromagnetycznej:

E = pc      c – prędkość światła, p – pęd

A więc ostatecznie:

λ = h / p

W 1924 roku Louis de Broglie, w swojej pracy doktorskiej, wysuwa hipotezę fal materii. Z każdym ciałem o pędzie p związana jest fala materii o długości λ danej wzorem:

λ = h / p

gdzie h – stała Plancka.

Widzimy, że jest to taki sam wzór, jak ten na długość fali elektromagnetycznej, ale wzór na pęd dla cząstek materialnych i nierelatywistycznych ma inną postać: p = mv. Widać z niego, że im większą cząstka ma masę i prędkość (p = mv), tym mniejsza jest związana z nią długość fali materii.
L. de Broglie sformułował też wzór na częstotliwość fali materii (ν):

ν = E / h

gdzie E – energia cząstki, h – stała Plancka.

Hipoteza de Broglie'a zyskała potwierdzenie 3 lata później. W 1927 r. C. Davisson i L. Germer przeprowadzili doświadczenie, w którym bombardowali sieć krystaliczną metali wiązkami elektronów o dobrze określonym pędzie. Zaobserwowali oni wzór interferencyjny, który tłumaczyła tzw. dyfrakcja fal (o długości, którą wyznaczał wzór de Broglie'a) na sieci metalu.

Louis de Broglie dostał szybko po tym Nagrodę Nobla, która jest jedyną, jak na razie, taką nagrodą, uzyskaną za pracę doktorską.

Pomysł de Broglie'a z miejsca pozwolił wyjaśnić z niczego wynikające założenie Bohra, odnośnie stabilnych orbit w atomie wodoru. Popatrzmy:

L = mvr = nh/2π (założenie Bohra) → 2π mvr = nh
czyli
2π r = nh / mv = nh / p = nλ (→ 2π r = nλ)

Oto wniosek: dozwolona orbita Bohra to taka, która ma promień rn i mieści na swoim obwodzie o długości 2π rn, całkowitą wielokrotność długości fali elektronu (nλ). Czyli np. na orbicie o promieniu r2 mieszczą się 2 długości fali (2λ).
Orbity niedozwolone tej właściwości nie mają, a dokładne mieszczenie całych długości fal ma związek z ich ciągłym, stabilnym istnieniem. I to dlatego elektron na orbitach dozwolonych przebywa ciągle. Tak wyglądał obraz atomu do czasów de Broglie'a. Jak się przekonamy w rozdziale następnym, E. Schrödinger poszedł jeszcze dalej.

MACIEJ PANCZYKOWSKI

 Autor wortalu: Maciej Panczykowski, Copyright © 2003-2018 by Maciej Panczykowski