7: Хвилі матерії
Ми починаємо наше вивчення квантової механіки з обговорення дифракції, яку зазнали рентгенівські промені та електрони, коли вони взаємодіють з кристалом. Рентгенівські промені - це форма електромагнітного випромінювання з довжинами хвиль, порівнянними з відстанями між атомами. Розсіювання від атомів у регулярній кристалічній структурі призводить до інтерференційної картини, яка багато в чому схожа на малюнок з дифракційної решітки. Спочатку ми розробляємо закон Брегга для дифракції рентгенівських променів від кристала. Потім описані дві практичні методи для рентгенівської дифракції.
Виявляється, електрони мають хвилеподібні властивості і також піддаються дифракції Брегга кристалами. Таким чином, дифракція Брегга забезпечує вирішальний міст між світами хвиль і частинок. За допомогою цього мосту ми впроваджуємо класичні ідеї імпульсу та енергії, пов'язуючи їх із хвильовим вектором та частотою хвилі. Властивості хвиль також породжують принцип невизначеності Гейзенберга.
У таблиці 7.1 наведена таблиця Нобелівських премій, пов'язаних з ідеями, представленими в цьому розділі. Це дає нам відчути хронологію цих відкриттів і вказує на те, наскільки вони були важливими для розвитку фізики на початку 20 століття.
Рік | Одержувач | Внесок |
---|---|---|
1901 | Рентген В.К. | Відкриття рентгенівських променів |
1906 | Дж. Томсон | Відкриття електрона |
1914 | М. фон Лауе | Рентгенівська дифракція в кристалах |
1915 | В. та Брегг | Рентгенівський аналіз кристалічної структури |
1918 | Планк М. | Квантування енергії |
1921 | Ейнштейн А.А. | Фотоелектричний ефект |
1922 | Бор Н.А. | будова атомів |
1929 | Л.-В. де Брольє | Хвильова природа електронів |
1932 | Гайзенберг В.А. | Квантова механіка |
1933 | Шредінгер і Дірак | Атомна теорія |
1937 | Девіссон і Томсон | Дифракція електронів у кристалах |
Мініатюра: Електронна дифракційна картина того ж кристала неорганічного оксиду танталу, показана вище. Зверніть увагу, що тут набагато більше дифракційних плям, ніж у дифрактограмі, розрахованій на EM-зображенні вище. Дифракція поширюється на 12 порядків уздовж напрямку 15 Å і 20 порядків у перпендикулярному напрямку. (Cc BY-SA 3.0; SVEN.Hovmoeller через Вікіпедію)