1924 में, युवा फ्रांसीसी सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी लुइस डी ब्रोगली ने पदार्थ तरंगों की अवधारणा को वैज्ञानिक परिसंचरण में पेश किया। इस साहसिक सैद्धांतिक धारणा ने तरंग-कण द्वैत (द्वैत) की संपत्ति को पदार्थ की सभी अभिव्यक्तियों तक बढ़ा दिया - न केवल विकिरण के लिए, बल्कि पदार्थ के किसी भी कण तक। और यद्यपि आधुनिक क्वांटम सिद्धांत परिकल्पना के लेखक की तुलना में "पदार्थ की लहर" को अलग तरह से समझता है, भौतिक कणों से जुड़ी यह भौतिक घटना उसका नाम रखती है - डी ब्रोगली लहर।
अवधारणा के जन्म का इतिहास
1913 में एन. बोहर द्वारा प्रस्तावित परमाणु का अर्धशास्त्रीय मॉडल दो अभिधारणाओं पर आधारित था:
- किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉन का कोणीय संवेग (संवेग) कुछ भी नहीं हो सकता है। यह हमेशा nh/2π के समानुपाती होता है, जहां n 1 से शुरू होने वाला कोई पूर्णांक है और h प्लैंक स्थिरांक है, जिसकी उपस्थिति सूत्र में स्पष्ट रूप से इंगित करती है कि कण का कोणीय संवेगमात्रा निर्धारित नतीजतन, परमाणु में अनुमत कक्षाओं का एक सेट होता है, जिसके साथ केवल इलेक्ट्रॉन चल सकता है, और उन पर रहकर, यह विकिरण नहीं करता है, अर्थात ऊर्जा नहीं खोता है।
- परमाणु इलेक्ट्रॉन द्वारा ऊर्जा का उत्सर्जन या अवशोषण एक कक्षा से दूसरी कक्षा में संक्रमण के दौरान होता है और इसकी मात्रा इन कक्षाओं के अनुरूप ऊर्जा के अंतर के बराबर होती है। चूंकि अनुमत कक्षाओं के बीच कोई मध्यवर्ती अवस्था नहीं है, इसलिए विकिरण को भी कड़ाई से परिमाणित किया जाता है। इसकी आवृत्ति है (E1 – E2)/h, यह सीधे ऊर्जा E=hν के लिए प्लैंक सूत्र से अनुसरण करता है।
तो, बोहर के परमाणु मॉडल ने इलेक्ट्रॉन को कक्षा में विकिरण करने और कक्षाओं के बीच होने से "प्रतिबंधित" किया, लेकिन इसकी गति को शास्त्रीय रूप से माना जाता था, जैसे सूर्य के चारों ओर एक ग्रह की क्रांति। डी ब्रोगली इस सवाल का जवाब ढूंढ रहे थे कि इलेक्ट्रॉन जिस तरह से व्यवहार करता है वह क्यों करता है। क्या प्राकृतिक तरीके से स्वीकार्य कक्षाओं की उपस्थिति की व्याख्या करना संभव है? उन्होंने सुझाव दिया कि इलेक्ट्रॉन के साथ कुछ तरंग अवश्य होनी चाहिए। यह इसकी उपस्थिति है जो कण को केवल उन कक्षाओं को "चुनने" देती है जिन पर यह लहर कई बार पूर्णांक में फिट होती है। बोहर द्वारा प्रतिपादित सूत्र में पूर्णांक गुणांक का यही अर्थ था।
इस परिकल्पना का अनुसरण किया गया कि डी ब्रोगली इलेक्ट्रॉन तरंग विद्युत चुम्बकीय नहीं है, और तरंग पैरामीटर पदार्थ के किसी भी कण की विशेषता होनी चाहिए, न कि केवल परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की।
कण से जुड़ी तरंगदैर्घ्य की गणना
युवा वैज्ञानिक को एक बेहद दिलचस्प अनुपात मिला, जो अनुमति देता हैनिर्धारित करें कि ये तरंग गुण क्या हैं। क्वांटिटेटिव डी ब्रोगली तरंग क्या है? इसकी गणना के सूत्र का एक सरल रूप है:=h/p। यहाँ तरंगदैर्घ्य है और p कण का संवेग है। गैर-सापेक्ष कणों के लिए, इस अनुपात को λ=h/mv के रूप में लिखा जा सकता है, जहाँ m द्रव्यमान है और v कण का वेग है।
यह सूत्र विशेष रुचि का क्यों है, इसमें मूल्यों से देखा जा सकता है। डी ब्रोगली एक अनुपात में पदार्थ की कणिका और तरंग विशेषताओं - संवेग और तरंग दैर्ध्य को संयोजित करने में कामयाब रहे। और प्लैंक निरंतर उन्हें जोड़ता है (इसका मान लगभग 6.626 × 10-27 erg∙s या 6.626 × 10-34 J∙ c) सेट है वह पैमाना जिस पर पदार्थ के तरंग गुण प्रकट होते हैं।
सूक्ष्म और स्थूल जगत में "पदार्थ की तरंगें"
इसलिए, किसी भौतिक वस्तु का संवेग (द्रव्यमान, गति) जितना अधिक होगा, उससे जुड़ी तरंगदैर्घ्य उतनी ही कम होगी। यही कारण है कि स्थूल पिंड अपनी प्रकृति के तरंग घटक को नहीं दिखाते हैं। उदाहरण के तौर पर, यह विभिन्न पैमानों की वस्तुओं के लिए डी ब्रोगली तरंग दैर्ध्य निर्धारित करने के लिए पर्याप्त होगा।
- पृथ्वी। हमारे ग्रह का द्रव्यमान लगभग 6 × 1024 किग्रा है, सूर्य के सापेक्ष कक्षीय गति 3 × 104 m/s है। इन मानों को सूत्र में प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं (लगभग): 6, 6 × 10-34/(6 × 1024 × 3 × 10 4)=3.6 × 10-63 मी। यह देखा जा सकता है कि "पृथ्वी की लहर" की लंबाई एक लुप्त होती छोटी मान है. इसके पंजीकरण की कोई संभावना भी नहीं हैदूरस्थ सैद्धांतिक परिसर।
- एक जीवाणु जिसका वजन लगभग 10-11 किग्रा है, जो लगभग 10-4 मी/से की गति से गति करता है। इसी तरह की गणना करने के बाद, कोई यह पता लगा सकता है कि सबसे छोटे जीवित प्राणियों में से एक की डी ब्रोगली लहर की लंबाई 10-19 मीटर है - यह भी पता लगाने के लिए बहुत छोटा है.
- एक इलेक्ट्रॉन जिसका द्रव्यमान 9.1 × 10-31 किग्रा है। एक इलेक्ट्रॉन को 1 V के संभावित अंतर से 106 m/s की गति से त्वरित करने दें। तब इलेक्ट्रॉन तरंग की तरंग दैर्ध्य लगभग 7 × 10-10 मीटर या 0.7 नैनोमीटर होगी, जो एक्स-रे तरंगों की लंबाई के बराबर है और पंजीकरण के लिए काफी अनुकूल है।
एक इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान, अन्य कणों की तरह, इतना छोटा, अगोचर होता है, कि उनकी प्रकृति का दूसरा पक्ष ध्यान देने योग्य - तरंग जैसा हो जाता है।
प्रसार दर
तरंगों के चरण और समूह वेग जैसी अवधारणाओं के बीच अंतर करें। डी ब्रोगली तरंगों के लिए चरण (समान चरणों की सतह की गति की गति) प्रकाश की गति से अधिक है। हालांकि, इस तथ्य का मतलब सापेक्षता के सिद्धांत के साथ विरोधाभास नहीं है, क्योंकि चरण उन वस्तुओं में से एक नहीं है जिसके माध्यम से सूचना प्रसारित की जा सकती है, इसलिए इस मामले में कार्य-कारण के सिद्धांत का किसी भी तरह से उल्लंघन नहीं किया जाता है।
समूह की गति प्रकाश की गति से कम होती है, यह फैलाव के कारण बनने वाली कई तरंगों के सुपरपोजिशन (सुपरपोजिशन) की गति से जुड़ी होती है, और यह वह है जो एक इलेक्ट्रॉन या किसी अन्य की गति को दर्शाती है कण जिससे तरंग जुड़ी होती है।
प्रयोगात्मक खोज
डी ब्रोगली तरंग दैर्ध्य के परिमाण ने भौतिकविदों को पदार्थ के तरंग गुणों के बारे में धारणा की पुष्टि करने वाले प्रयोग करने की अनुमति दी। इस प्रश्न का उत्तर कि क्या इलेक्ट्रॉन तरंगें वास्तविक हैं, इन कणों की एक धारा के विवर्तन का पता लगाने के लिए एक प्रयोग हो सकता है। इलेक्ट्रॉनों के तरंग दैर्ध्य में करीब एक्स-रे के लिए, सामान्य विवर्तन झंझरी उपयुक्त नहीं है - इसकी अवधि (यानी स्ट्रोक के बीच की दूरी) बहुत बड़ी है। क्रिस्टल जालकों के परमाणु नोड्स का आवर्त आकार उपयुक्त होता है।
पहले से ही 1927 में, के. डेविसन और एल. जर्मर ने इलेक्ट्रॉन विवर्तन का पता लगाने के लिए एक प्रयोग स्थापित किया। एक निकेल सिंगल क्रिस्टल का उपयोग परावर्तक झंझरी के रूप में किया गया था, और विभिन्न कोणों पर इलेक्ट्रॉन बीम के बिखरने की तीव्रता को गैल्वेनोमीटर का उपयोग करके दर्ज किया गया था। प्रकीर्णन की प्रकृति ने एक स्पष्ट विवर्तन पैटर्न का खुलासा किया, जिसने डी ब्रोगली की धारणा की पुष्टि की। डेविसन और जर्मर से स्वतंत्र रूप से, जेपी थॉमसन ने उसी वर्ष प्रयोगात्मक रूप से इलेक्ट्रॉन विवर्तन की खोज की। कुछ समय बाद, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और परमाणु बीम के लिए विवर्तन पैटर्न की उपस्थिति स्थापित हुई।
1949 में, वी. फेब्रिकेंट के नेतृत्व में सोवियत भौतिकविदों के एक समूह ने बीम का नहीं, बल्कि व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करके एक सफल प्रयोग किया, जिससे यह साबित करना संभव हो गया कि विवर्तन कणों के सामूहिक व्यवहार का कोई प्रभाव नहीं है।, और तरंग गुण इलेक्ट्रॉन से संबंधित होते हैं।
"पदार्थ की तरंगों" के बारे में विचारों का विकास
एल डी ब्रोगली ने खुद लहर की कल्पना की थीएक वास्तविक भौतिक वस्तु, जो एक कण के साथ अटूट रूप से जुड़ी हुई है और इसकी गति को नियंत्रित करती है, और इसे "पायलट वेव" कहा जाता है। हालांकि, कणों को शास्त्रीय प्रक्षेपवक्र के साथ वस्तुओं के रूप में मानते हुए, वह ऐसी तरंगों की प्रकृति के बारे में कुछ भी कहने में असमर्थ थे।
डी ब्रोगली के विचारों को विकसित करते हुए, ई. श्रोडिंगर को पदार्थ की पूरी तरह से तरंग प्रकृति का विचार आया, वास्तव में, इसके कणिका पक्ष की अनदेखी। श्रोडिंगर की समझ में कोई भी कण एक तरह का कॉम्पैक्ट वेव पैकेट है और इससे ज्यादा कुछ नहीं। इस दृष्टिकोण की समस्या, विशेष रूप से, ऐसे तरंग पैकेटों के तेजी से फैलने की प्रसिद्ध घटना थी। साथ ही, इलेक्ट्रॉन जैसे कण काफी स्थिर होते हैं और अंतरिक्ष पर "स्मीयर" नहीं करते हैं।
XX सदी के मध्य 20 के दशक की गर्म चर्चा के दौरान, क्वांटम भौतिकी ने एक दृष्टिकोण विकसित किया जो पदार्थ के विवरण में कणिका और तरंग पैटर्न को समेटता है। सैद्धांतिक रूप से, एम। बोर्न द्वारा इसकी पुष्टि की गई थी, और इसका सार कुछ शब्दों में निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है: डी ब्रोगली लहर किसी निश्चित बिंदु पर एक निश्चित बिंदु पर एक कण खोजने की संभावना के वितरण को दर्शाती है। इसलिए इसे प्रायिकता तरंग भी कहते हैं। गणितीय रूप से, यह श्रोडिंगर तरंग फ़ंक्शन द्वारा वर्णित है, जिसके समाधान से इस तरंग के आयाम का परिमाण प्राप्त करना संभव हो जाता है। आयाम के मापांक का वर्ग प्रायिकता निर्धारित करता है।
डी ब्रोगली की तरंग परिकल्पना का मूल्य
संभाव्य दृष्टिकोण, 1927 में एन। बोहर और डब्ल्यू। हाइजेनबर्ग द्वारा सुधार, गठिततथाकथित कोपेनहेगन व्याख्या का आधार, जो अत्यंत उत्पादक बन गया, हालांकि विज्ञान को दृश्य-यांत्रिक, आलंकारिक मॉडल को छोड़ने की कीमत पर अपनाना दिया गया था। कई विवादास्पद मुद्दों की उपस्थिति के बावजूद, जैसे प्रसिद्ध "माप की समस्या", क्वांटम सिद्धांत का आगे विकास इसके कई अनुप्रयोगों के साथ कोपेनहेगन व्याख्या से जुड़ा हुआ है।
इस बीच, यह याद रखना चाहिए कि आधुनिक क्वांटम भौतिकी की निर्विवाद सफलता की नींव में से एक डी ब्रोगली की शानदार परिकल्पना थी, जो लगभग एक सदी पहले "पदार्थ तरंगों" के बारे में एक सैद्धांतिक अंतर्दृष्टि थी। इसका सार, मूल व्याख्या में परिवर्तन के बावजूद, निर्विवाद बना हुआ है: सभी पदार्थों की एक दोहरी प्रकृति होती है, जिसके विभिन्न पहलू, हमेशा एक दूसरे से अलग दिखाई देते हैं, फिर भी आपस में जुड़े हुए हैं।
