Τι είναι τα κύματα της ύλης;

Τα κύματα ύλης, που ονομάζονται επίσης κύματα De Broglie, είναι η φύση που μοιάζει με κύμα όλων των ύλων, συμπεριλαμβανομένων των ατόμων που αποτελούν το σώμα σας.Ένα από τα πρώτα και σημαντικότερα ευρήματα της κβαντικής φυσικής είναι ότι τα ηλεκτρόνια έχουν μια φύση διπλού κύματος-σωματιδίου.Σύντομα έγινε φανερό ότι όλα τα ύλη έχουν αυτή τη διπλή φύση, αλλά επειδή η συμβατική ύλη έχει μεγάλη δυναμική σε σχέση με τα ηλεκτρόνια, το μήκος κύματος των κυμάτων των υλικών είναι πολύ μικρό και στις περισσότερες περιπτώσεις ελάχιστα αισθητή.Για παράδειγμα, το μήκος κύματος του θέματος που συνθέτει ένα άτομο είναι της τάξης των 10 ^{-35 μέτρων} , πολύ μικρότερο από ό, τι μπορεί να παρατηρηθεί χρησιμοποιώντας τεχνολογίες μέτρησης τρέχουσας.Ο De Broglie, ο οποίος επέκτεινε πρώιμες θεωρίες που πρότεινε οι Albert Einstein, Max Planck και Neils Bohr.Ο Bohr μελέτησε κυρίως την κβαντική συμπεριφορά των ατόμων υδρογόνου, ενώ ο De Broglie προσπάθησε να επεκτείνει αυτές τις ιδέες για να καθορίσει μια εξίσωση μήκους κύματος για όλα τα ύλη.Ο De Broglie ήρθε με μια θεωρία και την παρουσίασε στη διδακτορική του διατριβή του 1924, για την οποία του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1929. Αυτή ήταν η πρώτη περίπτωση όπου το βραβείο Νόμπελ απονεμήθηκε για διδακτορική διατριβή.Οι σχέσεις De Broglie περιγράφουν τη φύση διπλού κύματος-σωματικής φύσης όλων των ύλων.Αυτές οι σχέσεις δηλώνουν ότι το μήκος κύματος ενός σωματιδίου είναι αντιστρόφως ανάλογο της ορμής του (ταχύτητα μάζας) και η συχνότητα του είναι ανάλογη με την κινητική του ενέργεια, η οποία είναι μια εξαρτώμενη από το πλαίσιο (σχετική) τιμή.Έτσι, τα σωματίδια με χαμηλή ορμή, όπως τα ηλεκτρόνια σε θερμοκρασία δωματίου, έχουν μήκος κύματος de Broglie περίπου 8 νανόμετρα.Τα σωματίδια με ακόμη χαμηλότερη δυναμική, όπως τα άτομα ηλίου σε θερμοκρασίες μόνο μερικών νανοκελβινών, μπορεί να έχουν κύματα ύλης με μήκη κύματος, εφόσον μερικά μικρά.Κάτω από τέτοιες ασυνήθιστες συνθήκες, οι πραγματικότητες του κβαντικού κόσμου αναδύονται σχεδόν σε μια μακροσκοπική σφαίρα. Οι θεωρίες των κυμάτων της ύλης επιβεβαιώθηκαν το 1927, όταν οι επιστήμονες Bell Labs Lester Germer και Clinton Davisson πυροβόλησαν αργά ηλεκτρόνια στο AΚρυσταλλικός στόχος νικελίου.Το προκύπτον πρότυπο περίθλασης κατέδειξε τα χαρακτηριστικά που μοιάζουν με κύματα των ηλεκτρονίων, παρόμοια με εκείνα που είναι γνωστό ότι εμφανίζονται από φωτόνια όπως αυτά σε ακτίνες Χ.Τα κύματα των θέσεων μπορούσαν να παρατηρηθούν μόνο σε αυτό το παράδειγμα, επειδή τα ηλεκτρόνια που χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή τους είχαν πολύ χαμηλή δυναμική.Από το 1927, η φύση που μοιάζει με κύματα διαφόρων άλλων στοιχειωδών σωματιδίων έχει αποδειχθεί εμπειρικά.