Co jsou Matter Waves?
Matterové vlny, také nazývané de Broglie, jsou vlnovitou povahou veškeré hmoty, včetně atomů, které tvoří vaše tělo. Jedním z prvních a nejdůležitějších nálezů kvantové fyziky je to, že elektrony mají povahu duálních vlnových částic. Brzy se ukázalo, že veškerá hmota má tuto dvojí povahu, ale protože konvenční hmota má ve vztahu k elektronům vysokou hybnost, je vlnová délka vln hmoty velmi malá a ve většině případů sotva znatelná. Například vlnová délka látky, která tvoří osobu, je řádově 10 - 35 metrů , mnohem menší, než je možné pozorovat při současných měřicích technologiích.
Koncept hmotných vln byl nejprve objasněn francouzským fyzikem Louisem de Brogliem, který rozšiřoval rané teorie navržené Albertem Einsteinem, Maxem Planckem a Neilsem Bohrem. Bohr primárně studoval kvantové chování atomů vodíku, zatímco de Broglie se pokusil tyto myšlenky rozšířit, aby určil vlnovou délku pro veškerou hmotu. De Broglie přišel s teorií a představil ji ve své doktorské práci z roku 1924, za kterou v roce 1929 získal Nobelovu cenu za fyziku. To byl první případ, kdy byla Nobelova cena udělena za doktorskou práci.
Rovnice známé jako de Broglieho vztahy popisují duální vlnovou částečkovou podstatu veškeré hmoty. Tyto vztahy říkají, že vlnová délka částice je nepřímo úměrná její hybnosti (hmotnost krát rychlost) a její frekvence je úměrná její kinetické energii, která je rámově závislou (relativní) hodnotou. Částice s nízkou hybností, jako jsou elektrony při pokojové teplotě, mají tedy de Broglieho vlnovou délku asi 8 nanometrů. Částice s ještě nižší hybností, jako jsou atomy helia při teplotách jen několika nanoKelvinů, mohou mít hmotové vlny s vlnovými délkami až několik mikronů. Za takových neobvyklých podmínek se realita kvantového světa téměř vynořila do oblasti makroskopických měřítek.
De Broglieovy teorie hmotných vln byly potvrzeny v roce 1927, kdy vědci Bell Labs Lester Germer a Clinton Davisson vypalovali pomalu se pohybující elektrony na krystalický niklový cíl. Výsledný difrakční obrazec ukázal vlnovité vlastnosti elektronů, podobné těm, o kterých je známo, že jsou zobrazovány fotony, jako jsou ty, které jsou zobrazeny v rentgenovém záření. Vlny hmoty bylo možné pozorovat pouze v tomto případě, protože elektrony použité k jejich výrobě měly velmi nízkou hybnost. Od roku 1927 byla empiricky prokázána vlnová podoba různých dalších elementárních částic.