Презентация "Гипотеза де Бройля"

📸 КОМИКС: «Призрак волны» или «Гипотеза де Бройля»

Жанр:  исторический / научный Главный герой:  Луи де Бройль (молодой, задумчивый) Время действия:  1923–1929 гг., Париж

В 1924 году молодой французский физик Луи де Бройль предположил, что  корпускулярно-волновой дуализм присущ не только оптическим явлениям , а носит универсальный характер. Согласно этой гипотезе, частицы материи также должны проявлять волновые свойства.

Сцена 1:  Большой зал с учёными в старомодных костюмах.

Сцена 1. Скучный совет

Он впервые публично изложил свою гипотезу об универсальном корпускулярно-волновом дуализме на заседании Парижской академии наук в 1923 г.

Де Бройль в своей работе использовал уже известные нам формулы.

Что это за формулы?

Все говорят: свет — это и волна, и частица. А если… любая частица — это волна?

Молодой человек, вы несли чепуху целый час.

Вскоре после этого, в 1924 году, де Бройль обобщил и развил свои идеи в докторской диссертации  «Исследования по теории квантов» , где написал: «Любая движущаяся частица имеет волновые свойства» . КОМИССИЯ БЫЛА В ШОКЕ.

Профессор (зевает): Молодой человек, вы несли чепуху целый час.

Предложенная идея была настолько радикальной, что члены экзаменационной комиссии (среди которых были выдающиеся физики  Поль Ланжевен  и  Жан Перрен ) не знали, как к ней отнестись.

Поль Ланжевен

Жан Перрен

Сцена 2. Защита диссертации

Где доказательства, месье де Бройль?

Их пока нет. Но они появятся. Если электроны — волны, они должны давать дифракцию, как свет.

Дифракция электронов? Бред...

Им было ясно, что перед ними работа гения, но доказательств у де Бройля не было — только изящная математическая гипотеза.

Сцена 2:  Защита диссертации. Комиссия выглядит скептически.

Профессор: Где доказательства, месье де Бройль?

Де Бройль: Их пока нет. Но они появятся. Если электроны — волны, они должны давать дифракцию, как свет.

Комиссия (перешёптывается): Дифракция электронов? Бред.

Поль Ланжевен

«…Он приподнял краешек завесы, скрывающей большую тайну».

Ланжевен отправил копию диссертации Альберту Эйнштейну, чтобы узнать его мнение.

Эйнштейн, в отличие от многих, сразу оценил масштаб идеи.

Он заявил, что де Бройль «приподнял краешек завесы», и что работа «заслуживает высочайшего интереса» .

Сцена 3. Мнение Эйнштейна

«Прочтите её! Хотя и кажется, что её писал сумасшедший, написана она солидно».

В 1925 г. Эйнштейн писал Максу Борну о диссертации Луи де Бройля: «Прочтите её! Хотя и кажется, что её писал сумасшедший, написана она солидно.»

И благодаря поддержке Эйнштейна де Бройль всё же получил докторскую степень.

Альберт Эйнштейн

Макс Борн

Сцена 4. Спор о «реальности» волн

Волна де Бройля — это не «маяк», а лишь инструмент для расчёта вероятности найти частицу.

Де Бройль изначально считал волны реально существующими объектами, которые ведут за собой частицу . Однако  Макс Борн  предложил статистическую интерпретацию, которая победила: волна — это не маяк, а лишь инструмент для расчёта вероятности найти частицу. Сам де Бройль долго не принимал эту вероятностную трактовку, но позже вынужден был согласиться с «копенгагенской интерпретацией» (главенствующей и сегодня) .

Макс Борн

Волна де Бройля — это не физическая волна в классическом понимании (например, волна воды или звука) , а математический инструмент для расчёта вероятности нахождения частицы в определённой точке пространства в определённый момент времени .

Высокая вероятность обнаружить электрон

Низкая

вероятность обнаружить электрон

Согласно современным представлениям, состояние электрона в атоме описывается моделью  электронного облака : плотность облака в разных областях пространства указывает на вероятность обнаружения в них электрона.

В 1954 году Макс Борн был удостоен Нобелевской премии по физике «за фундаментальные исследования в области квантовой механики, особенно за статистическую интерпретацию волновой функции». 

Нильс Бор:

«Перестань указывать Богу, что ему делать с его костями».

«Бог не играет в кости со Вселенной».

Но ирония судьбы в том, что Эйнштейн категорически не принял эту самую квантовую механику, к созданию которой косвенно привёл своей поддержкой де Бройля. Знаменитая фраза «Бог не играет в кости» — это как раз его возражение против вероятностной интерпретации, которая выросла из той самой «безумной идеи», которую он когда-то спас.

Сцена 4. 1927 год. Эксперимент Дэвиссона и Джермера

Но это было позже, а пока теории Луи де Бройля были нужны доказательства. И они вскоре появились.

1927 год , физики  Клинтон Дэвиссон  и  Лестер Джермер  в США случайно, а затем целенаправленно наблюдали дифракцию электронов на кристалле никеля.

Сцена 4:  Лаборатория. Дэвиссон и Джермер смотрят на детектор. На экране — дифракционные кольца.

Дифракция быстрых электронов

Дэвиссон:

Мы бомбардируем кристалл никеля электронами…

Джермер:

А они ведут себя как рентгеновские ЛУЧИ!.. Кольца!

Оба хором: Де Бройль был прав!

Электроны вели себя как волны с длиной, точно предсказанной де Бройлем.

Теория перестала быть умозрительной, когда получила экспериментальное подтверждение.

Сцена 5. Апофеоз.

Де Бройль получает Нобелевскую премию «за открытие волновой природы электрона»

1929 год. Ему 37 лет

И да, де Бройль получил  Нобелевскую премию  за эту идею, хотя защищал её с трудом.

И каждый из вас тоже волна… только очень-очень короткая.

Электрон — это не шарик.

Это волна вероятности.

Вау!...

Речь (облачко): «Электрон — это не шарик. Это волна вероятности. И каждый из вас тоже волна… только очень-очень короткая».

Нет, так как для них длина волны де Бройля очень мала.

А у макроскопических объектов тоже возможно проявление волновых свойств?

Электроны

Современная модель атома представляет атом как систему из ядра и облаков вероятности для электронов.

Область, где эта вероятность максимальна, называется  орбиталью .

Область, где эта вероятность максимальна, называется  орбиталью .

Сцена 6. Современный урок

А правда, что если разогнать кота до большой скорости, его длина волны станет заметной?

Мяу… лучше я останусь частицей.

Тут у вас может возникнуть вопрос.

Ученик: А правда, что если разогнать кота до большой скорости, его длина волны станет заметной?

Учитель: Правда. Но для этого кот должен весить как электрон.

Кот из соседней панели (думает): Мяу… лучше я останусь частицей.

Сцена 6. Современный урок

Панель: Ученик поднимает руку.