放射線と物質の二重の性質は、すべての物体に波と粒子という 2 つの性質が関連付けられていることを示しています。これは、波動粒子双対性として最も一般的に知られています。粒子の波動性は、マクスウェルの電磁気学の方程式と、ヘルツが行った電磁波の発生と検出の実験に由来します。 J. J トンプソンは、陰極線粒子の速度と電荷を最初に決定しました。放射線と物質の二重性はド・ブロイによって証明され、後にデビッドとゲルマーの実験などの多くの実験によって確認されました。これは、放射線と物質の性質についてこれまでに行われた最大の実験の 1 つです。自然の二元性は、多くの理論を解決し、多くの概念を説明してきました。
粒子の波の性質によると、 眼の水晶体の収集および集束メカニズムがそれに続いています。しかし、網膜の桿体と錐体による光の吸収は、光の粒子の性質と一致しています!私たちが何が起こっているのかを解明しようとしている間に、ルイ・ド・ブロイがやってきて、ド・ブロイの関係を式に導入することで混乱を助長しました.
ド・ブロイの方程式
ド・ブロイの仮説によると、自然界には対称性があります。光と放射線が粒子と波として作用する場合、物質も粒子と波の性質を持ちます。物質の二元性はド・ブロイによって予測されました。
λ =HP
ド・ブロイの関係のおかげで、今では物質の波動理論ができています。ここで「ラムダ」は粒子の波長を表し、「p」は粒子の運動量を表します。ド・ブロイ結合は、物質が波のように作用できることを数学的に示しているため、重要です。簡単に言えば、ド・ブロイ方程式は、微視的であるか巨視的であるかを問わず、すべての移動粒子が独自の波長を持っていることを示しています。
物質の波の側面は巨視的なもので観察でき、それらが波で構成されていることを示しています。特大のアイテムになると、オブジェクトのサイズが大きくなるにつれて波長が縮小し、最終的には非常に小さくなり、知覚できなくなります。これが、実際の巨視的な物体が波のような性質を示さない理由です。あなたが投げるクリケットのボールでさえ、波長が短すぎて見えません。プランク定数は、方程式の波長と運動量を結び付けます。
ハイゼンベルクの不確実性理論
Davisson-Germer の実験では、結晶を通過する電子の回折が行われ、合理的な疑問の余地なく、物質の波動特性が確立されました。ド・ブロイは、量子物理学というまったく新しい科学の確立に貢献した物質波動理論に関する業績により、1929 年にノーベル物理学賞を受賞しました。ハイゼンベルグによって開発された不確定性原理は、物質波理論の洗練された統合でした。電子やその他の粒子に関して言えば、不確定性原理は、それらの運動量とそれらの位置の両方を同時に適切に知ることは不可能であると述べています.いずれにせよ、位置 (デルタ x) または運動量 (デルタ p) には常にある程度の不確実性があります。
ハイゼンベルグの不確定性方程式
Δx Δp ≤ h/2
「デルタ p」がゼロに等しくなるように、粒子の運動量を正確に決定すると仮定します。粒子の位置の不確実性「デルタ x」は、前の式を満たすために無限でなければなりません。ド・ブロイの方程式から、定義された運動量を持つ粒子には、記号「ラムダ」で表される定義された波長があることがわかります。特定の波長は、空間全体に広がり、無限に広がっています。ボルンの確率解釈によれば、これは粒子が空間に閉じ込められていないことを示しているため、位置の不確実性は無限大になります。
ただし、実際には、波長には有限の限界があり、無限ではありません。これは、位置と運動量の不確実性が有限の値を持つことを意味します。ド ブロイとハイゼンベルグの不確定性原理の方程式は、どちらも同じ木のリンゴです。
Davisson-Germer 実験
Davisson と Germer は 1927 年にニッケル結晶の実験を行いました。この結晶構造は、波長 1.65 の X 線ビームが照射されると、回折格子のように振る舞うようになっています。結晶の面間隔は、X 線の波長に相当します。ビームが結晶に当たると、一定の位相関係を持つ波が別々の面を反射します。これらの反射波は、最大強度を生成するために 50° の散乱角度で干渉します。同様の構成 (以下を参照) が調査されましたが、X 線が電子の可変エネルギー ビームに置き換えられました。
結論
JJのような科学者による多くの実験と観察の後。 Thompon、de Broglie、Albert Einstein、この理論は科学史上最大の理論の 1 つになりました。粒子の波動性は 19 世紀に発見されましたが、粒子性を完全に説明することはできませんでした。後にアルバート・アインシュタインは、粒子は光子と呼ばれるエネルギーの塊の流れに過ぎないことを発見しました。放射線の粒子性は、光電効果やコンプトン効果などのいくつかの理論を解決しました。 David と Germer がこれを実験したところ、粒子力学と量子力学の二重性を検証することができました。
