LÝ THUYẾT LƯỢNG TỬ 4.1 Hiện tượng quang ñiện.
4.4.2. Giả thuyết ðơbrơi.
Năm 1923, Louis de Broglie ñã phát biểu rằng các hạt vật chất cũng có
những tính chất sóng và rằng sóng điện từ cũng thể hiện những tính chất của các
hạt dưới dạng các quang tử. Ơng đã phát triển các công thức tốn học cho tính
lưỡng tính này, trong đó có một cơng thức mà sau này gọi là bước sóng de Broglie cho các hạt chuyển động. Các thí nghiệm ban ñầu của Davisson ñã chỉ ra rằng
thực ra các ñiện tử thể hiện tính chất phản xạ giống như các sóng khi đập vào một tinh thể và các thí nghiệm này được lặp lại nhiều lần chứng minh giả thiết lưỡng
tính của de Broglie. Một thời gian sau George Paget Thomson ñã ñưa ra nhiều thí nghiệm ñã ñược cải tiến rất nhiều cho biết hiện tượng tán xạ khi các ñiện tử năng
lượng cao ñi sâu vào trong các tấm kim loại.
Erwin Schrödinger phát triển thêm ý tưởng của de Broglie và viết một bài báo cơ bản về Lượng tử hóa như là một bài tốn trị riêng vào đầu năm 1926. Ơng
đã tạo ra một cái gọi là cơ học sóng. Nhưng một năm trước đó Werner Heisenberg đã bắt đầu một phương pháp toán học hồn tốn khác gọi là cơ học ma trận và
bằng cách đó ơng cũng thu ñược các kết quả tương tự như các kết quả mà
nhiên trong việc xác định chính xác đồng thời các đại lượng vật lý: Hệ thức bất ñịnh Heisenberg.
De Broglie ñưa ra giả thiết cho rằng lưỡng tính sóng hạt khơng phải là một cái gì đặc biệt cho hiện tượng quang học mà có tính chất phổ biến, nghĩa là bất kì một hạt vật chất nào cũng vừa là hạt cũng vừa là sóng.
Những lí luận sau đây dẫn ơng tới kết luận ấy: Từ ñầu thế kỷ XIX Hamilton đã nêu lên sự tương tự giữa quang hình học và cơ học Newton. Những ñịnh luật cơ bản của hai mơn đó có thể diễn tả dưới dạng tốn học đồng nhất… ðể tìm chuyển động của một hạt trong trường thế năng v(x,y.z) ta có thể dùng kết quả của bài tốn về đường đi của ánh sáng trong mơi trường khơng đồng chất có chiết suất n(x,y,z) chọn thích hợp và ngược lại.
Nhưng ta đã biết quang hình khơng giải thích được các hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ…. Quang lý coi ánh sáng là sóng có thể giải thích được các hiện tượng này và quang hình học là trường hợp giới hạn của quang lý. Mặt khác cơ học cổ điển khơng giải thích được các hiện tượng như quang phổ vạch. De Broglie cho rằng tương tự như quang lý tức là quang học sóng phải có cơ học sóng tổng quát hơn cơ học cổ ñiển và cắt nghĩa ñược chuyển ñộng của các hạt vi mơ ngồi tính chất hạt ra cịn có tính chất sóng.
Phát biểu:
Một vi hạt tự do tùy ý có năng lượng xác định, động lượng xác định tương ứng một sóng phẳng ñơn sắc:
a. Năng lượng vi hạt liên hệ tần số dao động của sóng tương ứng theo hệ thức
E=hν (4 – 24 )
b. ðộng lượng p của vi hạt liên hệ với bước sóng λ của sóng tương ứng theo hệ thức: λ h p= hay k p ℏ = (4 – 25 )
Với
p h
=
λ : bước sóng de Broglie
Giả thuyết về bước sóng de Broglie đã được Davison và Jecmer làm thí nghiệm vào năm 1929 khi hai tác giả này quan sát thấy hiện tượng nhiễu xạ của điện tử, thí nghiệm này đặt nền móng vững chắc cho giả thuyết.