Квантовая физика
Кванты света

Корпускулярно-волновой дуализм. Волны де Бройля

Мякишев «Физика 11», квантовая физика
1

Дуализм: два лица одного объекта

В интерференции и дифракции свет ведёт себя как волна. В фотоэффекте и давлении — как поток частиц.
Это не противоречие2

Свет не «иногда волна, иногда частица». Он единый объект, у которого разные опыты выявляют разные свойства.

Волновые свойства заметнее на длинных волнах и в опытах с распространением; корпускулярные — на коротких волнах и при взаимодействии с веществом.

2

Волна де Бройля

Де Бройль перенёс дуализм на вещество: любой частице с импульсом отвечает волна.
λ=hp=hmv\lambda = \dfrac{h}{p} = \dfrac{h}{mv}чем больше импульс, тем короче волна
Чем это подтверждено3

Дифракцией электронных пучков на кристаллах: электроны дают ту же картину максимумов, что и рентген.

На этом работает электронный микроскоп: у быстрых электронов длина волны много меньше световой, поэтому видны детали, недоступные оптике.

Чем больше импульс, тем короче волна — тем мельче различимые детали.

⚗
Опыт в Физлабе
Волна на орбите
Условие целого числа длин волн на орбите — это и есть де Бройль в атоме.
Открыть опыт
3

Почему у мяча волновых свойств не видно

У макротел длина волны де Бройля порядка 10−3410^{-34} м — на много порядков меньше любого объекта, на котором можно было бы увидеть дифракцию.
Оценка и границы применимости2

Подставь в формулу массу мяча и обычную скорость — получишь число, которое нечем измерить.

У покоящейся частицы формула теряет смысл: при v=0v = 0 импульс равен нулю, и длина волны обращается в бесконечность.

Не путай длину волны де Бройля электрона с длиной волны света. Это разные величины, и считаются они по разным формулам.
Разобранные примеры
Найдите длину волны де Бройля для частицы с импульсом 10−2410^{-24} кг·м/с.разбор
  1. λ=hp\lambda=\dfrac{h}{p}.
  2. λ=6,63⋅10−3410−24≈6,6⋅10−10\lambda=\dfrac{6{,}63\cdot10^{-34}}{10^{-24}}\approx6{,}6\cdot10^{-10} м.
Ответ: ≈6,6⋅10−10\approx6{,}6\cdot10^{-10} м
Почему волновые свойства не заметны у мяча массой 0,50{,}5 кг?разбор
  1. λ=hmv\lambda=\dfrac{h}{mv}: в знаменателе масса, а постоянная Планка крайне мала.
  2. При обычных скоростях получается порядка 10−3410^{-34} м.
  3. Это несравнимо меньше любого препятствия, поэтому дифракции не видно.
Ответ: длина волны ничтожно мала