De Broglie-hypotesen foreslår at all materie utviser bølgelignende egenskaper og relaterer de observerte bølgelengde av materie til sin fart. Etter Albert Einsteinsfotonteori ble akseptert, ble spørsmålet om dette bare gjaldt lys eller om materielle gjenstander også viste bølgelignende oppførsel. Slik er De Broglie-hypotesen utviklet.
De Broglies avhandling
I sin doktoravhandling fra 1923 (eller 1924, avhengig av kilde), den franske fysikeren Louis de Broglie kom med en dristig påstand. Tatt i betraktning Einsteins forhold til bølgelengde lambda til fart p, de Broglie foreslo at dette forholdet skulle bestemme bølgelengden til ethvert spørsmål, i forholdet:
lambda = h / p
Husk det h er Plancks konstante
Denne bølgelengden kalles de Broglie bølgelengde. Årsaken til at han valgte momentumligningen fremfor energilikningen, er at det var uklart, med materie, om E skal være total energi, kinetisk energi eller total relativistisk energi. For fotoner er de alle de samme, men ikke for materie.
Hvis vi antar momentum-forholdet, tillot det imidlertid avledningen av et lignende de Broglie-forhold for frekvens
f bruker den kinetiske energien Ek:f = Ek / h
Alternative formuleringer
De Broglies forhold uttrykkes noen ganger i forhold til Diracs konstante, h-bar = h / (2pi), og vinkelfrekvensen w og bølgetall k:
p = h-bar * kEk
= h-bar * w
Eksperimentell bekreftelse
I 1927 utførte fysikerne Clinton Davisson og Lester Germer fra Bell Labs et eksperiment hvor de avfyrte elektroner mot et krystallinsk nikkelmål. Det resulterende diffraksjonsmønsteret stemte overens med spådommene for de Broglie-bølgelengden. De Broglie fikk Nobelprisen 1929 for sin teori (første gang den noensinne ble tildelt for en doktorgrad. avhandling) og Davisson / Germer vant den sammen i 1937 for den eksperimentelle oppdagelsen av elektrondiffraksjon (og dermed beviset for de Broglies hypotese).
Ytterligere eksperimenter har holdt de Broglies hypotese til å være sann, inkludert kvantevariantene av eksperiment med dobbel spalte. Diffraksjonseksperimenter i 1999 bekreftet de Broglie-bølgelengden for oppførselen til molekyler så store som buckyballs, som er sammensatte molekyler som består av 60 eller flere karbonatomer.
Betydningen av de Broglie-hypotesen
De Broglie-hypotesen viste at bølgepartikkel-dualitet ikke bare var en avvikende oppførsel av lys, men snarere var et grunnleggende prinsipp utstilt av både stråling og materie. Som sådan blir det mulig å bruke bølgeforligninger for å beskrive materiell oppførsel, så lenge man på riktig måte bruker de Broglie-bølgelengden. Dette vil være avgjørende for utviklingen av kvantemekanikk. Det er nå en integrert del av teorien om atomstruktur og partikkelfysikk.
Makroskopiske objekter og bølgelengde
Selv om de Broglies hypotese forutsier bølgelengder for materie av hvilken som helst størrelse, er det realistiske grenser for når det er nyttig. En baseball kastet på en mugge har en de Broglie-bølgelengde som er mindre enn diameteren på et proton med omtrent 20 størrelsesordener. Bølgesidene til et makroskopisk objekt er så små at de ikke kan observeres i noen nyttig forstand, selv om de er interessante å muse om.