Сур.2
Дэвиссон және Джермер тәжірибелерінің схемасы
Дэвиссон және Джермер тәжірибелерінің нәтижелері электрондардың толқындық табиғатының болуы түсіндірді және де Бройль формулалары дәлдігінің сандық дәлелдемесін берді.
Кейінірек де Бройль формуласы П. С.Тартаковский және Г. Томсон тәжірибелерімен бекітілді.
1928 жылы ағылшын физигі Г. Томсон (одан 30 жыл бұрын электронды ашқан Дж. Томсонның баласы) де Бройль гипотезасының жаңа дәлелдемесін алды. Өз тәжірибелерінде (сур.1) Г. Томсон алтыннан жасалған поликристаллдық жұқа фольга арқылы электрондар шоғын өткізу кезінде пайда болатын дифракциялық көріністі бақылады.
|
Сурет 1.
Электрондар дифракциясы бойынша Г.Томсонның тәжірибелерінің қысқартылған схемасы
K – қыздырылатын катод, A – анод, Ф – алтыннан жасалған фольга
|
Фольга артында орналасқан фотопластинада концентрлік ашық және күңгір сақиналар анық бақыланды, олардың радиустары де Бройльге сәйкес, электрондардың жылдамдығының өзгерісіне байланысты өзгерді (сур. 2).
|
Сурет 2. Ұзақ экспозиция(а) және қысқа экспозиция (b) кезінде поликристалдық үлгідегі электрондардың дифракциялық көріністері
|
Томсон және Тартаковский электрондардың дифрациясын бақылау үшін Дебай-Шерер әдісі қолданған.
рис.4.
Г. П. Томсон тәжірибені жылдам электрондармен (17,5— 56,5 кэВ), ал П. С. Тартаковский баяу электрондармен (до 1,7 кэВ) жүргізді. Күміс және алтын парағының электронограммасының көрінісі 4 суретте келтірілген. Тәжірибелер нәтижелерінің сандық талдауы де Бройль теңдеуінің дұрыстығын толығымен дәлелдеді.
Кейінгі жылдарда Томсон тәжірибесі сондай нәтижелермен бірнеше рет қайталанды, бірақ оның қатарында электрондар сондай әлсіз шоғы түскенде, құрал арқылы бір уақытта тек бір ғана бөлшек өткен жағдайлар болды. 1948ж. Бұл жағдайды ресей физигі В. А. Фабрикант (1907 ж. туылған) тәжірибе жүзінде дәлелдеген болатын. Демек, бөлшектердің толқындық қасиеттері олардың ұжымдық қасиеттері емес, әр жеке бөлшекке тән екені шығады.
Сол себепті дифракциялық құбылыстар нейтрондар, протондар, атомдық және молекулалық шоқтар үшін де табылған. Микробөлшектердің толқындық қасиеттері бар екенінінің тәжірибелік дәлелдемесі оның материяның ортақ қасиеті, табиғаттың универсал құбылысы екеніне әкелді. Сондықтан, толқындық қасиеттер макроскопиялық денелерге де тән. Бірақ макроскопиялық денелердің үлкен массасына әсерінен толқындық қасиеттер экспериментті түрде табылмайды. Мысалы, 0,5 м/с жылдамдықпен қозғалған массасы 10–9 г шаң түйіршегі толқын ұзындығы жуықтап алғанда атомдар өлшемінен 11 есе кіші 10–21 м де Бройль толқын ұзындығына сәйкес келеді. Мұндай толқын ұзындығы бақылауға болатын облыстың шегінен тыс жерде жатыр. Бұл мысал макроскопиялық денелер тек корпускулалық қасиеттерге ғана ие болатынын көрсетеді.
Тағы да бір мысал қарастырайық. Потенциалдар айырмасы U = 100 В үдетілген электрон үшін де Бройль толқын ұзындығы бойынша табылады. Бұл релятивистік емес жағдай, себебі электронның кинетикалық eU = 100 эВ энергиясы тыныштық mc2 ≈ 0,5 МэВ энергиясынан көп есе аз болады. Есептеулер λ ≈ 0,1 нм мәнін береді, яғни толқын ұзындығы атомдар өлшемі шамалас болады. Мұндай электрондар үшін кристалдық зат жақсы дифракциялық тор болып табылады. Электрондар дифракциясының тәжірибелерінде осындай аз энергиялы электрондар айқын дифракциялық көрініс береді. Осы кезде кристалдағы дифракциялық шашырауға ұшыратын электрон толқын сияқты бөлшек ретінде фотопластинадаға атомдармен әсерлеседі, қандай да бір нүктеде фотоэмульсияны қарайтады.
Зат бөлшектерінің екі жақты корпускулалық-толқындық табиғаты туралы түсініктер бөлшектің толық энергиясы мен де Бройль толқындары жиілігі арсындағы байланыс:
(3)
арқылы тереңдетіледі.
(3) формулада энергия мен жиілік арасындағы қатынас фотондар сияқты кез келген басқа микробөлшектер үшін де универсал қатынас болады.
Осылайша, де Бройль гипотезасының корпускулалық-толқындық дуализм туралы эксперименттік дәлелдемесі микрообъект қасиеттері туралы түсініктерді толығымен өзгертті. Барлық микрообъектілер толқындық және корпускулалық қасиеттер ие, бірақ олар классикалық түсінікте не толқын, не бөлшек болып табылмайды. Микрообъекттердің әртүрлі қасиеттері бір уақытта білінбейді, олар бірін бірі толықтырады, және олардың жиынтығы микрообъектті толығымен сипаттайды. Бұның мәні атақты дат ғалымы тұжырымдаған Н.Бордың толықтыру принципі арқылы түсіндіріледі. Микрообъекттер толқындар сияқты таралады, ал бөлшектер сияқты энергиямен алмасады деп айтуға болады.
Толқындық тоерия бойынша, электрондардың дифракциясы кқрінісінде максимумдар де Бройль толқын ұзындығының ең көп интенсивтілігіне сәйкес келеді. Фотопластинада тіркелген максимумдар облысына электрондардың көп саны түседі. Бірақ электрондардың фотопластинаға түсу процесі ір түрлі. Шашырағаннан кейін кезекті электронның қайда түсетіні принципті түрде белгісіз, сол немесе басқа жерге электронның түсуі тек қандай да бір ықтималдыққа бағынады. Осылайша, микрообъектінің күйі мен оның әрекетінің сипаттамасы тек ықтималдық ұғымдардығ негізінде жатыр.
Микрообъектілерді сипаттау кезінде ықтималдықты қолдану кванттық теорияның маңызды ерекшелігі болып табылады. Кванттық механикада микроәлемдегі объектілердің күйлерін сипаттау үшін толқындық функция Ψ (пси-функция) ұғымы енгізіледі. Толқындық функцияның модулінің екінші дәрежесі |Ψ|2 кеңістіктегі бірлік көлемдегі микробөлшекті табу ықтималдығына тура пропорционал. Толқындық функцияның нақты түрі микрообъектнің сыртқы жағдайларымен анықталады.
Достарыңызбен бөлісу: |
