Dualismul unda-corpuscul. Louis de Broglie

Elev: Rădoi Ancuţa-ValentinaProfesor: Andrei Florina

Cuprins:

1. Scurta introducere2. Istoric3. Ipoteza lui Louis de Broglie. Confirmari

experimentale4. Progrese aduse mecanicii cuantice5. Aplicatii6. Bibliografie

Introducere

Dualismul unda-corpuscul este un concept al mecaniciicuantice care afirma ca materia prezinta doua tipuri de proprietati: corpusculare si ondulatorii, asa cum este siradiatia electromagnetica.

Cel ce a dat teoria a fost Louis de Broglie, fizicianfrancez, in cadrul lucrarii sale de doctorat din anul 1924. Ideea dualitatii a aparut in legatura cu natura luminii, considerata a fi unitatea dintre unda si corpuscul (particula).

Istoric

In teoriile clasice, lumina era considerata undaelectromagnetica, prezentand fenomene ondulatorii ca interferenta, difractia, polarizarea.

Insa descoperirea efectului fotoelectric in 1887, conform caruia materia are proprietatea de a emite electronica o consecinta a radiatiei electromagnetice, a constituit o problema, fiind in contradictie cu ceea ce se crezuse initial.

Einstein a presupus atunci ca lumina este alcatuita din particule numite fotoni, energia fiind cuantificata, legandu-se de realizarile lui Planck ce sustineau caracteruldiscontinuu al lumii microscopice.

Tot pentru a descrie comportamentul cuantic al luminii, Arthur Holly Compton vorbea in 1923 despremodificarea lungimii de unda la interactiunea fotonului cu substanta, demonstrand ca lumina nu poate avea doarnatura ondulatorie, accentuand ideea exprimata anterior de Einstein si Planck privind efectul fotoelectric.

Toate aceste dovezi au dus la concluzia existentei unuiposibil dualism, constituind baza teoriei de mai tarziu a luiDe Broglie.

Altfel spus, mecanica cuantica, redusa la ideea centralaca exista o limita minima, nenula, pana la care poate fi divizata energia, limita stabilita de valoarea constantei lui Planck, sugereaza in mod indirect in contextul formulei propuse de Louis de Broglie natura ondulatorie a constituentilor fundamentali ai materiei si, in consecinta, existenta unei unde asociate lor.

Astazi se ia in calcul chiar posibilul caracter discontinuu al timpului si spatiului.

Ipoteza lui Louis de Broglie. Confirmariexperimentale

Louis Victor de Broglie, nascut la 15 august 1892 in Piemont, Franta, este cel ce afirma pentru intaia oara, in lucrarea de doctorat, ideea ca particulele considerate odinioara corpusculi de materie au o natura duala, corpusculara si ondulatorie (aceasta fiind proprie luminii). De Broglie sustine ca fiecarei particule aflate in miscare(proton, electron, atom) ii corespunde o unda, iar cu aceastadescoperire primeste Premiul Nobel in 1929.

Broglie a propus o ecuatie pentru calcularea lungimii de unda ce-i poarta numele, incluzand in aceasta si constantalui Planck.

Fizicienii americani Clinton Davidsson si Lester Germer au demonstrat existenta undelor de materie in anul1927, pe cale experimentala, evidentiand difractia(proprietatea undelor de a ocoli un obstacol aflat in calealor) unui fascicul de electroni la contactul cu un cristal de nichel, fapt pentru care si-au impartit premiul Nobel din 1937 pentru “descoperirea fenomenelor de interferenta care se produc cand cristalele sunt expuse actiunii unor fascicule de electroni”.

Acelasi tip de experiment fusese realizat cu succes si de George Thomson cu ajutorul unui film fotografic din celuloid.

Directionand fasciculi de electroni catre suprafatanichelului, acestia au observat ca electronii se difracta exact ca lumina intr-o retea de reflexie. Au folosit un detector (cutia Faraday) ce putea surprinde electronii din diferiteunghiuri.

* Efectul Compton dar si Principiul de Incertitudinedemonstreaza dualitatea particulelor. Primul a fost realizatde Arthur Compton, utilizand un fascicul ingust de radiatiex monocromatica ce interactiona cu o tinta de grafit. Pelanga linia fasciculului incident, studiind spectrul radiatieidifizate, descopera o componenta cu lungimea de unda maimare, fapt opus teoriilor clasice, unde lungimea de unda arfi fost egala cu cea a primei componente.

Principiul de incertitudine a fost dat de Werner Heisenberg, care afirma ca pozitia si impulsul uneimicroparticule nu pot fi determinate cu prezcizie, ceea ce ii demonstreaza caracterul dual.

Progrese aduse mecanicii cuantice

Principalul progres adus a fost faptul ca a oferit sansa reinterpretarii vechii teorii atomice formulate de Niels Bohr in 1913, ce descria electronii ca fiind particule cu orbite fixe. Bohr a creat propriul model atomic, bazat pe ideea ca electronii pot orbita numai la anumite distante fata de nucleu, nejustificandu-se.

Modelul cuprindea o serie de orbite, luand exemplulatomului de hidrogen, iar Bohr afirma ca electronii aflati peorbitele mai indepartate au un nivel mai mare de energie, iar atunci cand trec pe orbite mai mici se elibereaza radiatie.

Asociind electronului caracter ondulatoriu, De Broglie modifica modelul lui Bohr, reprezentand electronul ca o unda circulara. Broglie afirma ca exista orbite doar daca pesuprafata lor se incadreaza un numar intreg de lungimi de unda, asa cum sunt cea verde si cea gri din figura urmatoare:

Bohr considera in legatura cu dualismul unda-corpuscul ca celedoua proprietati sunt complementare, ci nu contradictorii si ca

inr-un experiment nu pot fi observate ambele, asa cum se intampla cand dam cu banul, exemplifica el.

Aplicatii. Microscopul electronic

Modul in care microscopul electronic functioneazadepinde de teoriile lui De Broglie. Obiectele asezate la microscop sunt luminate astfel incat lungimea de unda a razelor sa fie cat mai mica, pentru a putea reda detaliile cat mai bine. Cele mai bune microscoape electronice ajung samareasca si de 2 milioane de ori imaginea.

Pe fundal se poate vedea imaginea unei furnici obtinutacu un microscop electronic.

Bibliografie

• http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/davger2.html

• http://www.scientia.ro/fizica/50-mecanica-cuantica/293-particula-sau-unda.html

• https://ro.wikipedia.org/wiki/Dualismul_corpuscul-und%C4%83

• http://www.descopera.org/dualismul-corpuscul-unda/• http://www.scientia.ro/fizica/63-atomul/283-atomul-

modelul-atomic-al-lui-niels-bohr.html