Корпускулярно-хвильовий дуалізм нанооб'єктів

Як відомо, світло є одночасно частинкою і хвилею. У 1924 році французький вчений Шарль де Бройль запропонував принцип корпускулярно-хвильового дуалізму на всі мікрообєкти природи. Згідно де Бройлю, кожній частинці відповідає хвиля, довжина якої пов'язана з імпульсом цієї частинки. По де Брой-левській гіпотезі про загальність корпускулярно-хвильового дуалізму, не лише фотони, але і усі частки взагалі (електрони, протони і так далі) разом з корпускулярними мають також хвильові властивості. Останні, у свою чергу, повинні проявлятися в явищах дифракціі і інтерференції. Коли вивчають світло, спочатку впадають у вічі його хвильові властивості, а при детальнішому розгляді - корпускулярні. Відповідно до відомого співвідношення Айнштайна, фотону з енергією E = h∙v, відповідає енергія Е = mc²=h∙v, де с − швидкість світла; т − маса фотона; v − його частота. Звідси:

Враховуючи, що імпульс фотона p = m∙c, а частота світла пов'язана з довжиною хвилі λ співвідношенням: , отримаємо: . Це рівняння є ілюстрацією подвійної природи світла, оскільки об'єднує довжину хвилі світла λ, пов'язану з його хвильовою природою, і імпульс фотона р, що характеризує його як частинку. Заслуга де Бройля полягає в тому, що він розповсюдив цю фор-мулу на усі частки матерії, надавши їй універсальне значення

де p = m∙v - імпульс частки, m - маса частки, v - її швидкість. Гіпотеза де Бройля згодом була підтверджена экспериментально. Зокрема, в досвіді американських фізиків К. Девідсона і Л. Джермера в 1927 році виявлена дифракція елементарних частинок - електронів. Для цього вони використали відому електронно-променеву трубку, що застосовується в телевізорах, дисплеях і осцил-лографах. У цих трубках (чи електронних гарматах) електронні пучки, генеровані катодом і керовані електромагнітним полем, направляются у бік екрану, покритого люмінофором. При попаданні частки в екран на ньому виникає плямочка, що світиться, тобто на шляху від джерела до екрану електрони поводяться як класичні частки, і їх рух можна розрахувати засобами класичної фізики. Проте якщо на шляху електронів, що летять в трубці, поставити екран з щілиною, то після проходження їх через цю щілину на екрані спостерігається чергування темних і світлих смуг, аналогічне дифракційній картині світлових хвиль. Значить, електрони здатні до дифракції, тобто поводяться подібно до хвиль.

Пізніше вчений Тартаковский довів, що хвильові властивості властиві не лише пучкам електронів, але і кожному електрону окремо. А в 1999 році виявлена інтерференція фулеренів і біомолекул. Довжина хвилі де Бройля обернено пропорційна до імпульсу частинки. Фактично це означає, що для великих важких часток довжина хвилі, що виникає при їх русі, дуже мала, і хвильові властивості таких часток помітити практично неможливо. Це стосується усіх макрооб'єктів, для більш-менш точного опису яких, цілком вистачає класичної механіки.