14 ทวิภาพของคลื่นและอนุภาค
(Ware-Particle dualify)
1. เราทราบว่าแสงแสดงคุณสมบัติเป็นคลื่นเพราะ
แสดงการเลี้ยวเบนและการแทรกสอด (Diffraction and
Interence)
2. จากปรากฎการณ์โฟโตอิเล็กทริก
ไอน์สไตน์คิดว่า โฟตอนเป็นอนุภาค
3. มิลลิแกนทดลองและสรุปว่า แสงเป็นอนุภาค
4. เดอ บรอยล์ (de Broglie) ให้แนวคิดว่า “ถ้าแสงแสดงคุณสมบัติคู่เป็นได้ทั้งอนุภาคและคลื่นแล้ว
สสารทั้งหลายแสดงคุณสมบัติของคลื่นได้เนื่องจากสสารประกอบด้วยอนุภาค”
5. แนวคิดของเดอบรอยล์
เกี่ยวกับอิเล็กตรอน
จากความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับมวลของไอน์สไตน์
E
=
mc2 และ E
= hf
เดอบรอยล์
หาความสัมพันธ์ระหว่างโมเมนตัมและความยาวคลื่นของแสงได้ดังนี้
เมื่อ P คือ โมเมนตัมของโตอน (N.s)
l คือ ความยาวคลื่นของโฟตอน (m)
=
เมื่อ l คือ ความยาวคลื่นของอนุภาค (m
m คือ มวลของอนุภาค (kg)
v
คือ
ความเร็วของอนุภาค (m/s)
ความยาวคลื่นของอนุภาคหรือความยาวคลื่นสสารนี้ เรียกว่า
ความยาวคลื่น เดอ บรอยล์
- ปรากฏการณ์คอมป์ตัน
คอมป์ตัน
ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มของรังสีเอกซ์และขนาดของมุมการกระเจิงกับความยาวคลื่นกระเจิงของรังสีเอกซ์
จากการฉายรังสีเอกซ์ให้ไปกระทบกับอิเล็กตรอนของแท่งแกรไฟต์ พบว่า ความยาวคลื่นรังสีเอ็กซ์ที่กระเจิงออกมาแปรผันกับมุมที่กระเจิง
แต่ไม่ขึ้นกับความเข้มของรังสีเอกซ์ที่กระทบกับอิเล็กตรอน
จากปรากฏการณ์อธิบายโดยอาศัยหลักแนวคิดของไอน์สไตน์ได้อย่างเดียวว่าการชนระหว่างรังสีเอกซ์กับอิเล็กตรอนของแกรไฟต์เป็นการชนระหว่างอนุภาคกับอนุภาค
โดยเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์พลังงานและกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม ดังนี้
1.
รังสีเอกซ์ที่กระเจิงออกมาโดยมีความยาวคลื่นเท่าเดิม
แสดงว่าโฟตอนของรังสีเอกซ์กับอิเล็กตรอนของแท่งแกรไฟต์ชนกันแบบยืดหยุ่น
2. รังสีเอกซ์ที่กระเจิงออกมาโดยมีความยาวคลื่นไม่เท่าเดิม แสดงว่า
โฟตอนของรังสีเอกซ์กับอิเล็กตรอนของแท่งแกรไฟต์ชนกันแบบไม่ยืดหยุ่น
- สมมติฐานของเดอ บรอยล์
ในปี ค. ศ. 1924 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อหลุยส์
เดอบรอยล์ (Louis de
Broglie ) ได้ให้ความเห็นว่าแสงมีคุณสมบัติเป็นได้ทั้งคลื่นแสงและอนุภาค
กล่าวคือในกรณีที่แสงมีการเลี้ยวเบนและการสอดแทรก แสดงว่าขณะนั้นแสงประพฤติตัวเป็นคลื่น สำหรับกรณีแสงในปรากฎการณ์โฟโตอิเล็กทริก
แสดงว่าแสงเป็นอนุภาค
ฉะนั้นสสารทั่วไปที่มีคุณสมบัติเป็นอนุภาคก็น่าจะมีคุณสมบัติทางด้านคลื่นด้วย
เดอบรอยล์ได้พยายามหาความยาวคลื่นของคลื่นมวลสาร
โดยทั่วไปเริ่มจากความยาวคลื่นของแสงก่อน ดังต่อไปนี้
ถ้าแสงมีความถี่ f จะให้พลังงานออกมาเป็นอนุภาคเรียกว่าโฟตอนซึ่งมีขนาด
E = h
จากทฤษฎีสัมพัทธภาพของ ไอน์สไตน์ มวล m ถ้าเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจะมีค่าเท่ากับ mc2 ดั้นนั้นถ้าเราต้องการหามวลของโฟตอน
เราสามารถหาได้จากสมการของไอน์สไตน์
จาก E =
mc2
ให้โฟตอนขนาด hf มีมวลเท่ากับ m
แทนค่าในสมการไอน์สไตน์จะได้ hf = mc2
แต่ mc = โมนเมนตัมของโฟตอน = P
เดอบรอยล์มีความเห็นว่าเมื่อสมการข้างบนเป็นจริงสำหรับกรณีของโฟตอน ก็ควรจะเป็นจริงกับอนุภาคด้วย
ดังนั้น อนุภาคที่มีมวล m วิ่งด้วยความเร็ว V ก็น่าจะประพฤติตัวเป็นคลื่นที่มีความยาวคลื่น l ได้เช่นกัน
นั่นคือความยาวคลื่นของอนุภาคของมวล
m ที่วิ่งด้วยอัตราเร็ว V ย่อมมีค่า
นอกจากนี้แนวความคิดของเดอ บรอยล์
ยังได้รับการสนับสนุนจากการทดลองของเดวิสสันและเกอร์เมอร์โดยการยิงลำอิเล็กตรอนผ่านผลึก ซึ่งมีอะตอมเรียงกันเป็นระเบียบ ปรากฏว่าลำอิเล็กตรอนเกิดการเลี้ยวเบนขึ้น
จึงแสดงว่าขณะนั้นการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเป็นคลื่น
รูปแสดงการเลี้ยวเบนของลำอิเล็กตรอน รูปแสดงการเลี้ยวเบนของลำอิเล็กตรอน
ที่ผ่านผลึกทองคำ แผ่นอะลูมิเนียม
ข้อสังเกต 1. คลื่นที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเรียกคลื่นอนุภาค
เราหาความยาวคลื่นได้
จาก 
2. คลื่นที่เกิดจากการเร่งอิเล็กตรอนเข้าชนชนโลหะแข็งเรียกคลื่นรังสีเอกซ์เป็นโฟตอน
หาความยาวคลื่นได้จาก 
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น