Εφαρμογή του de Broglie Waves
Τα κύματα της ύλης αποτελούν το θεμέλιο της θεωρίας της κβαντικής φυσικής. Ο Γάλλος φυσικός Louis de Broglie ήταν ο πρώτος που μελέτησε αυτό το φαινόμενο. Έδωσε την υπόθεση του de Broglie το 1924. Στην υπόθεσή του δήλωσε ότι τα ηλεκτρόνια παρουσιάζουν μια κυματική φύση. Είπε ότι η ύλη έχει διπλή φύση. Όλα υπάρχουν ως σωματίδιο αλλά και ως κύμα. Ωστόσο, το μήκος κύματος των καθημερινών αντικειμένων είναι πολύ μικρό σε σύγκριση με τα ηλεκτρόνια και δεν ανιχνεύονται. Έτσι, τα καθημερινά αντικείμενα πιστεύεται ότι δείχνουν μόνο σωματιδιακή συμπεριφορά και η υπόθεση του de Broglie ισχύει μόνο στο βασίλειο των υποατομικών σωματιδίων. Σε αυτό το άρθρο θα συζητήσουμε λεπτομερώς τις εφαρμογές των κυμάτων de Broglie.
Κατανόηση της υπόθεσης του de Broglie
Καθιερώνοντας μια αναλογία με τη διπλή φύση του φωτός (δηλαδή κυματοειδές και σωματιδιακό), ο Louis de Broglie έδωσε την υπόθεσή του ότι όλη η ύλη μπορεί επίσης να έχει κυματικά χαρακτηριστικά εκτός από τις ιδιότητες των σωματιδίων. Τρία χρόνια αφότου έδωσε αυτή την υπόθεση, ανιχνεύθηκε πειραματικά ο κυματικός χαρακτήρας των ηλεκτρονίων. Σύμφωνα με την υπόθεσή του, το μήκος κύματος οποιουδήποτε τεράστιου σωματιδίου είναι αντιστρόφως ανάλογο με την ορμή αυτού του σωματιδίου. Αυτή η σχέση αντιπροσωπεύεται ως:
λ =h / mv ή λ =h / p
Εδώ, λ είναι το μήκος κύματος του σωματιδίου, h είναι η σταθερά του Planck και mv=p είναι η ορμή.
Η υπόθεση του de Broglie εξηγεί την εμφάνιση υποατομικών σωματιδίων σε θέσεις που είναι συνήθως απροσδόκητες. Αυτό συμβαίνει επειδή τα κύματα αυτών των υποατομικών σωματιδίων διεισδύουν βαθιά στα φράγματα, όπως ακριβώς ο ήχος διεισδύει μέσα από τους τοίχους. Αυτό μπορεί να γίνει κατανοητό λαμβάνοντας ένα παράδειγμα βαρέως ατομικού πυρήνα. Γνωρίζουμε ότι μέσω της αποσύνθεσης άλφα μπορεί να εκτινάξει ένα μέρος του εαυτού του. Αλλά αυτό το σωματίδιο άλφα θα έχει ανεπαρκή ενέργεια για να διαπεράσει και να ξεπεράσει το φράγμα δύναμης που περιβάλλει τον πυρήνα. Αλλά ως κύμα, αυτό το σωματίδιο άλφα μπορεί να διεισδύσει μέσα από αυτό το φράγμα, και έτσι, έχει μια πεπερασμένη πιθανότητα να βρεθεί έξω από τον πυρήνα.
Εφαρμογές του de Broglie Waves
Το μήκος κύματος de Broglie συσχετίζει το μήκος κύματος των σωματιδίων με την ορμή τους. Ευθύνεται για μια ποικιλία φαινομένων. Χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της πιθανότητας εύρεσης ενός αντικειμένου σε ένα δεδομένο σημείο του χώρου διαμόρφωσης.
Μια άλλη σημαντική εφαρμογή των κυμάτων de Broglie είναι ότι χρησιμοποιείται στην κατασκευή ηλεκτρονικών μικροσκοπίων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται ως κύματα και έτσι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να φωτίσουν αντικείμενα με τρόπο που μοιάζει αρκετά με το φως. Τα ηλεκτρόνια παρέχονται με ενέργεια με τρόπο παρόμοιο με έναν τηλεοπτικό σωλήνα. Στη συνέχεια, με τη χρήση μαγνητικών πεδίων, κατευθύνονται στο αντικείμενο που πρέπει να προβληθεί. Στη συνέχεια, τα ηλεκτρόνια εστιάζονται για να δημιουργήσουν την εικόνα του συγκεκριμένου αντικειμένου. Το μήκος κύματος de Broglie των ηλεκτρονίων σχετίζεται με τις κινητικές ενέργειες. Στην ηλεκτρονική μικροσκοπία, μπορούν να φανούν μήκη κύματος που είναι τόσο μικρά όσο 100000 φορές από αυτό του ορατού φωτός. Αυτό βοηθά ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο να αποκαλύψει πολύ μικρές λεπτομέρειες. Τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια χρησιμοποιούνται συνήθως σε εργαστήρια βιολογίας για τη μελέτη μικροσκοπικών οργανισμών όπως τα βακτήρια και οι ιοί.
Συμπέρασμα
Τα κύματα της ύλης αποτελούν το θεμέλιο της κβαντικής φυσικής. Βασίζονται στο γεγονός ότι τα πάντα στο σύμπαν παρουσιάζουν τόσο κυματική όσο και σωματιδιακή φύση. Αυτή η ιδέα δόθηκε για πρώτη φορά από τον Γάλλο φυσικό Louis de Broglie το 1924. Ως εκ τούτου αναφέρονται επίσης ως κύματα de Broglie. Το μήκος κύματος de Broglie αντιπροσωπεύεται από την ακόλουθη σχέση-
λ=h/p =h/mv
Εδώ, το λ αντιπροσωπεύει το μήκος κύματος του σωματιδίου, το h είναι η σταθερά του Planck και το mv=p είναι η ορμή.
Η υπόθεση του de Broglie είναι υπεύθυνη για την εμφάνιση υποατομικών σωματιδίων σε απροσδόκητες θέσεις, επειδή τα κύματα τους διεισδύουν μέσα από τα εμπόδια.
Η υπόθεση του de Broglie έχει διάφορες εφαρμογές στη ζωή μας. Βοηθά στον προσδιορισμό της πιθανότητας εύρεσης οποιουδήποτε σωματιδίου στο χώρο διαμόρφωσης. Χρησιμοποιείται επίσης στην κατασκευή ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Αυτά χρησιμοποιούνται ευρέως σε εργαστήρια βιολογίας για τη μελέτη μικροσκοπικών οργανισμών όπως βακτήρια, ιούς κ.λπ.
