2. Lưỡng tính sóng-hạt của vật chất. [2],[4]
Ánh sáng ban đầu được coi là sóng, nhưng với các phát hiện của Planck, Einstein và Compton, nó lại được coi là gồm các hạt photon. Khi cần giải thích các hiện tượng như giao thoa hay nhiễu xạ, chúng ta coi ánh sáng là sóng, còn khi cần giải thích các hiện tượng quang điện hay tán xạ Compton, chúng ta lại coi ánh sáng như các hạt photon. Nói cách khác, ánh sáng có lưỡng tính sóng-hạt.
Thế còn các hạt vật chất thì sao? Có khi nào các vật chất thông thường, mà chúng ta vẫn coi là hạt, lại cũng đồng thời là sóng không? Đó là câu hỏi mà De Broglie đặt ra năm 1924.
2.1. Giả thuyết De Broglie – Sóng vật chất
De Broglie đã đưa ra giả thuyết sau: “vật chất thông thường cũng phải có lưỡng tính sóng - hạt như ánh sáng, sóng tương ứng với vật chất được gọi là sóng vật chất hay sóng De Broglie” một hạt tự do chuyển động với động lượng p có bước sóng vật chất xác định bởi:
trong đó h = 6,63.10-34 J.s, là hằng số Planck.
Bài 1: Tìm bước sóng De Broglie cho các trường hợp sau.
a) Một electron trong mạch điện hay trong nguyên tử có động năng trung bình vào khoảng 1 eV?
b) Bước sóng De Broglie của một quả cầu khối lượng 1g chuyển động với vận tốc 1m/s?
Giải
a) Bước sóng De Broglie
b) Bước sóng De Broglie
Nhận xét: So sánh với sóng De Broglie của electron ta thấy bước sóng của hạt bụi là vô cùng bé đến mức không cần xét đến khi nghiên cứu chuyển động của nó. Thực tế chỉ đối với hạt vi mô mới thể hiện lưỡng tính sóng hạt mà thôi.
Bài 2: Tìm bước sóng De Broglie cho các trường hợp sau. [1]
a) Electron bay qua các hiệu điện thế 1V,100V,1000V.
b) Electron bay với vận tốc v = 2.108 m/s.
c) Electron chuyển động với năng lượng 1MeV.
Đ/s:
a) 0,387.10-10m.
b) 7,27.10-10m.
c) 8,7.10-13m.
2.2. Sóng vật chất là sóng xác suất
Trong chương trình phổ thông khi nói tới sóng, chúng ta liên tưởng ngay đến những loại sóng quen thuộc như sóng nước, sóng âm ... Các loại sóng này gắn liền với sự dao động của một số lớn các hạt (phân tử nước hay không khí), các hạt này liên kết với nhau nên khi một số hạt dao động thì các hạt khác cũng dao động theo, tạo nên sự lan truyền dao động, tức là sóng.
Sóng vật chất thì hoàn toàn khác hẳn, chỉ một hạt vi mô riêng lẻ cũng thể hiện tính sóng. Thật vậy, người ta có thể gửi từng electron hay photon riêng lẻ đến một khe mà vẫn quan sát được hiện tượng nhiễu xạ.
Như vậy, bản chất của sóng vật chất là gì? Theo Max Born thì sóng De Broglie thật ra là sóng xác suất, đây cũng là cách giải thích được chấp nhận rộng rãi nhất hiện nay.
Ý nghĩa của sóng xác suất là như sau
Gọi Ψ(x,y,z) là hàm sóng vật chất tại vị trí (x,y,z) của một hạt vi mô, và dV là một thể tích nhỏ bao quanh vị trí này, ta có:
Xác suất tìm thấy hạt trong thể tích dV là
Đại lượng được gọi là mật độ xác suất của hạt tại (x,y,z).
Nếu lấy tổng của dA trong toàn bộ không gian chúng ta sẽ được xác suất để tìm thấy hạt ở mọi nơi và bằng đơn vị.
Chia sẻ với bạn bè của bạn: |