До того, как было введено понятие квантования, когда еще не говорили о кванте света - фотоне, физики фактически уже “работали” с квантами поля - элементарными частицами. Только их квантами еще не называли. Вот что пишет о квантах “вообще” В.Вайскопф:

“Поля - это способы выражения сил между частицами. Притяжение между двумя электрическими зарядами может быть также описано как действие поля одного из них на поле другого заряда. Но поле - не математическая выдумка, оно так же реально, как источник частиц, и можно говорить о его энергии и т.д.

Далее, каждое поле имеет квант. Когда поле распространяется в пространстве, испускается в виде излучения, оно распространяется в виде квантов. Самым известным квантом поля является фотон - квант электромагнитного поля.”

Однако, эта мысль была сформулирована Вайскопфом много позже. При зарождении квантовой физики это были просто “элементарные частицы”. И вот тут де Бройль сформулировал, вообще говоря, странную гипотезу. Он предположил, что волновые свойства присущи не только частице-фотону, что это общее свойство частиц: все они должны обладать волновыми свойствами. Появилось понятие дуализма: микрообъекты предлагалось рассматривать и как частицы, и как волну.

В рамках такого рассмотрения частице приписываются энергия ћ

w

и импульс ћk

- точно так, как и фотону. Что касается частоты, то у нас, в общем, нет возможности измерить собственную частоту частицы (об этом мы поговорим позже). Но вот длина волны может быть измерена с помощью наблюдения дифракции на кристаллической решетке.

1 2 q d q d

Этот вид дифракции мы с Вами еще не исследовали. Кристалл в этом случае рассматривается как система плоскостей атомов, от которых при определенных условиях происходит зеркальное отражение падающих волн. При каких именно?

В этой задаче падение луча на поверхность кристалла принято характеризовать не углом падения, а углом скольжения q

. Из рисунка видно, что разность хода лучей 1и 2

составляет . Приравняв ее целому числу длин волны, мы получаем формулу Брэгга-Вульфа

-

это и есть условие зеркального отражения волны.

В соответствии с гипотезой де Бройля вводится длина волны де Бройля:

; .

Волновые свойства частиц были подтверждены многочисленными экспериментами - сначала для электронов, а затем и для атомных и молекулярных пучков. Эксперименты проводились разные, но, пожалуй, особо наглядным представляется такой.

Пучок моноэнергетических электронов, иначе, - пучок электронов, прошедших одинаковую разность потенциалов, падает на металлическую фольгу. Металл, как правило, имеет поликристаллическую структуру, и среди множества мелких кристалликов находится достаточное их количество с “нужной” ориентацией, а именно такой, которая обеспечивает зеркальное отражение электронной волны определенной длины l

.

Заметьте, не вообще мелкие кристаллики, образующие поликристаллическую структуру металла, обеспечивают зеркальное отражение волны, а лишь ориентированные так, чтобы для них выполнялось условие Брэгга-Вульфа. В результате значительная часть электронов после прохождения фольги движутся по некоторым коническим поверхностям, пересечения которых с экраном представляют собой окружности.