De hypothese van De Broglie stelt dat alle materie golfachtige eigenschappen vertoont en de waargenomen relateert golflengte van materie tot momentum. Na Albert Einstein'sfoton theorie werd geaccepteerd, werd de vraag of dit alleen gold voor licht of dat materiële objecten ook golfachtig gedrag vertoonden. Hier is hoe de hypothese van De Broglie is ontwikkeld.
Het proefschrift van De Broglie
In zijn proefschrift uit 1923 (of 1924, afhankelijk van de bron), de Franse natuurkundige Louis de Broglie maakte een gewaagde bewering. Gezien Einsteins relatie van golflengte lambda momentum p, stelde de Broglie voor dat deze relatie de golflengte van elke materie zou bepalen in de relatie:
lambda = h / p
herhaal dat h is de constante van Planck
Deze golflengte wordt de de Broglie golflengte. De reden dat hij de momentumvergelijking over de energievergelijking koos, is dat het met materie onduidelijk was of E moet totale energie, kinetische energie of totale relativistische energie zijn. Voor fotonen zijn ze allemaal hetzelfde, maar niet voor materie.
Ervan uitgaande dat de momentumrelatie echter de afleiding van een vergelijkbare de Broglie-relatie voor frequentie mogelijk maakte f gebruikmakend van de kinetische energie Ek:
f = Ek / h
Alternatieve formuleringen
De relaties van De Broglie worden soms uitgedrukt in termen van Dirac's constante, h-bar = h / (2pi) en de hoekfrequentie w en golfgetal k:
p = h-bar * kEk
= h-bar * w
Experimentele bevestiging
In 1927 voerden natuurkundigen Clinton Davisson en Lester Germer van Bell Labs een experiment uit waarbij ze elektronen afvuurden op een kristallijn nikkeldoel. Het resulterende diffractiepatroon kwam overeen met de voorspellingen van de de Broglie-golflengte. De Broglie ontving de Nobelprijs van 1929 voor zijn theorie (de eerste keer dat hij werd toegekend voor een Ph.D. proefschrift) en Davisson / Germer wonnen het gezamenlijk in 1937 voor de experimentele ontdekking van elektronendiffractie (en dus het bewijs van de hypothese van De Broglie).
Verdere experimenten hebben de hypothese van De Broglie waargemaakt, inclusief de kwantumvarianten van de dubbel spleet experiment. Diffractie-experimenten in 1999 bevestigden de de Broglie-golflengte voor het gedrag van moleculen zo groot als buckyballs, complexe moleculen die uit 60 of meer koolstofatomen bestaan.
Betekenis van de de Broglie-hypothese
De De Broglie-hypothese toonde aan dat dualiteit van golfdeeltjes niet alleen een afwijkend gedrag van licht was, maar eerder een fundamenteel principe was dat zowel door straling als door materie werd vertoond. Als zodanig wordt het mogelijk om golfvergelijkingen te gebruiken om materiaalgedrag te beschrijven, zolang men de golflengte van de Broglie goed toepast. Dit zou cruciaal zijn voor de ontwikkeling van de kwantummechanica. Het is nu een integraal onderdeel van de theorie van de atoomstructuur en de deeltjesfysica.
Macroscopische objecten en golflengte
Hoewel de hypothese van De Broglie golflengten voorspelt voor materie van elke omvang, zijn er realistische grenzen aan wanneer het nuttig is. Een honkbal dat naar een werper wordt gegooid, heeft een de Broglie-golflengte die ongeveer 20 ordes van grootte kleiner is dan de diameter van een proton. De golfaspecten van een macroscopisch object zijn zo klein dat ze in geen enkele zin waarneembaar zijn, hoewel ze interessant zijn om over na te denken.