Hva er Matter Waves?
Materielle bølger, også kalt de Broglie-bølger, er den bølgelignende naturen til all materie, inkludert atomene som utgjør kroppen din. Et av de første og viktigste funnene i kvantefysikken er at elektronene har en dobbel bølgepartikkel-natur. Det viste seg snart at all materie har denne doble karakteren, men fordi konvensjonell materie har et høyt momentum i forhold til elektroner, er bølgelengden til stoffbølgene veldig liten, og i de fleste tilfeller knapt merkbar. For eksempel er bølgelengden til saken som utgjør en person i størrelsesorden 10 −35 meter , langt mindre enn det som kan observeres ved hjelp av gjeldende måleteknologier.
Begrepet materiebølger ble først belyst av den franske fysikeren Louis de Broglie, som utvidet tidlige teorier foreslått av Albert Einstein, Max Planck og Neils Bohr. Bohr studerte først og fremst kvanteoppførselen til hydrogenatomer, mens de Broglie prøvde å utvide disse ideene for å bestemme en bølgelengdsligning for all materie. De Broglie kom med en teori og presenterte den i sin doktorgradsavhandling fra 1924, som han ble tildelt Nobelprisen for fysikk i 1929. Dette var det første tilfellet der Nobelprisen ble tildelt for en doktorgradsavhandling.
Ligninger kjent som de Broglie-relasjoner beskriver den doble bølgepartikkel-naturen til all materie. Disse relasjonene oppgir at bølgelengden til en partikkel er omvendt proporsjonal med dens momentum (masse ganger hastighet) og frekvensen er proporsjonal med dens kinetiske energi, som er en rammeavhengig (relativ) verdi. Dermed har partikler med lavt momentum, som elektroner ved romtemperatur, en de Broglie-bølgelengde på omtrent 8 nanometer. Partikler med enda lavere momentum, som heliumatomer ved temperaturer på bare noen få nanoKelvin, kan ha materiebølger med bølgelengder så lenge som noen få mikron. Under slike uvanlige forhold føres realitetene i kvanteverdenen nesten opp i et makroskala-rike.
De Broglies teorier om materiebølger ble bekreftet i 1927, da Bell Labs-forskerne Lester Germer og Clinton Davisson fyrte langsomt bevegelige elektroner mot et krystallinsk nikkelmål. Det resulterende diffraksjonsmønsteret demonstrerte de bølgelignende egenskapene til elektronene, lik de som er kjent for å bli vist av fotoner som de i røntgenstråler. Stoffbølgene var bare i stand til å bli observert i dette tilfellet fordi elektronene som ble brukt til å produsere dem hadde veldig lavt momentum. Siden 1927 har bølgelignende natur av forskjellige andre elementære partikler blitt vist empirisk.