คลื่นสำคัญคืออะไร

คลื่นสสารที่เรียกว่าคลื่นเดอโบรกลิเป็นคลื่นที่เหมือนธรรมชาติของสสารทั้งหมดรวมถึงอะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นร่างกายของคุณ หนึ่งในการค้นพบครั้งแรกและที่สำคัญที่สุดของฟิสิกส์ควอนตัมคืออิเล็กตรอนมีลักษณะเป็นคลื่นคู่ ในไม่ช้ามันก็เห็นได้ชัดว่าสสารทั้งหมดมีลักษณะสองอย่างนี้ แต่เนื่องจากสสารดั้งเดิมมีโมเมนตัมสูงเมื่อเทียบกับอิเล็กตรอนความยาวคลื่นของสสารคลื่นมีขนาดเล็กมากและในกรณีส่วนใหญ่แทบจะสังเกตไม่เห็น ยกตัวอย่างเช่นความยาวคลื่นของสสารที่ประกอบกันเป็นบุคคลอยู่ที่ 10 −35 เมตร ซึ่งเล็กกว่าที่สังเกตได้โดยใช้เทคโนโลยีการวัดในปัจจุบัน

แนวคิดเรื่องคลื่นสสารถูกอธิบายครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Louis de Broglie ซึ่งกำลังขยายทฤษฎีต้นที่เสนอโดย Albert Einstein, Max Planck และ Neils Bohr Bohr ศึกษาพฤติกรรมควอนตัมของอะตอมไฮโดรเจนเป็นหลักในขณะที่ de Broglie พยายามที่จะขยายแนวคิดเหล่านี้เพื่อกำหนดสมการความยาวคลื่นสำหรับสสารทั้งหมด De Broglie เกิดทฤษฎีขึ้นมาและนำเสนอในวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเขาในปี 1924 ซึ่งเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1929 นี่เป็นกรณีแรกที่ได้รับรางวัลโนเบลสำหรับวิทยานิพนธ์ปริญญาเอก

สมการที่รู้จักกันในชื่อความสัมพันธ์เดอโบรกลิอธิบายถึงลักษณะของอนุภาคคลื่นคู่ในทุกเรื่อง ความสัมพันธ์เหล่านี้ระบุว่าความยาวคลื่นของอนุภาคนั้นแปรผกผันกับโมเมนตัม (มวลคูณความเร็ว) และความถี่ของมันนั้นแปรผันตามพลังงานจลน์ของมันซึ่งเป็นค่าที่สัมพันธ์กับกรอบ (ญาติ) ดังนั้นอนุภาคที่มีโมเมนตัมต่ำเช่นอิเล็กตรอนที่อุณหภูมิห้องจะมีความยาวคลื่น de Broglie ประมาณ 8 นาโนเมตร อนุภาคที่มีโมเมนตัมต่ำกว่าเช่นอะตอมฮีเลียมที่อุณหภูมิเพียงไม่กี่นาโนเคลวินอาจมีคลื่นสสารที่มีความยาวคลื่นตราบใดที่ไม่กี่ไมครอน ภายใต้เงื่อนไขที่ผิดปกติเช่นนี้ความเป็นจริงของโลกควอนตัมเกือบจะถูกนำเข้าสู่อาณาจักรขนาดมหึมา

ทฤษฎีคลื่นสสารของ De Broglie ได้รับการยืนยันในปี 1927 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ของ Bell Labs Lester Germer และ Clinton Davisson ยิงอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ช้าๆที่เป้าหมายของผลึกนิกเกิล รูปแบบการเลี้ยวเบนที่เกิดขึ้นนั้นแสดงให้เห็นถึงลักษณะคล้ายคลื่นของอิเล็กตรอนซึ่งคล้ายกับโฟตอนเช่นรังสีเอกซ์ คลื่นสสารสามารถสังเกตได้ในกรณีนี้เท่านั้นเนื่องจากอิเล็กตรอนที่ใช้สร้างพวกมันมีโมเมนตัมต่ำมาก ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2470 ธรรมชาติที่เหมือนคลื่นของอนุภาคมูลฐานอื่น ๆ ได้รับการพิสูจน์เชิงประจักษ์