Lưỡng tính sóng-hạt
Vào đầu thập niên 1920, bằng chứng rằng ánh sáng có các đặc tính vừa là sóng vừa là hạt đã được chấp nhận rộng rãi, nhưng câu hỏi vì sao chỉ riêng ánh sáng mới biểu hiện đặc tính nước đôi này vẫn là một bí ẩn. Năm 1924, nhà khoa học Pháp Louis-Victor de Broglie đề xuất một lí giải thuộc loại ấy, đó là các hạt như electron cũng biểu hiện các phương diện nước đôi. Ông đề xuất rằng có thể tính ‘bước sóng’ của một hạt bằng cách chia hằng số Planck cho động lượng của hạt (một tính chất ngày nay gọi là bước sóng de Broglie).
Thật vậy, hóa ra toàn bộ vật chất đều có một bước sóng gắn liền, và hình dạng sóng của nó (còn gọi là hàm sóng) tác dụng như một đường cong xác suất, với cực đại của sóng nằm ở chỗ hạt có khả năng được tìm thấy cao nhất. Động lượng càng lớn, thì bước sóng de Broglie càng ngắn, vì thế bộ mặt sóng chỉ đáng chú ý ở cấp độ nguyên tử và dưới nguyên tử. Trái lại, bước sóng de Broglie của một vận động Olympic chạy nước rút 100 m là một con số không thể phát hiện được, 10-37 m.
Nhiễu xạ electron
Bằng chứng trực tiếp cho ý tưởng của de Broglie về lưỡng tính sóng-hạt được cung cấp bởi Clinton Davisson và Lester Germer vào năm 1929. Thí nghiệm của họ cho bắn những chùm electron vào một tinh thể nickel tinh khiết. Do bước sóng de Broglie của electron nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng nhìn thấy, nên khe hẹp giữa các mặt phẳng nguyên tử của tinh thể có thể tác dụng như một cách tử nhiễu xạ. Davisson và Germer đã đo các vân giao thoa, tương tự như các vân tạo ra bởi sự nhiễu xạ ánh sáng, trong cường độ electron tới ở phía bên kia của tinh thể. Kết quả nhanh chóng được chứng thực độc lập trong một thí nghiệm tương tự của nhà khoa học Anh George Thomson.
Thực tế electron chịu sự nhiễu xạ không những chứng minh thuyết phục rằng chúng có các đặc tính giống sóng, mà còn tỏ ra có ý nghĩa thực tiễn rất lớn. Bước sóng nhỏ xíu của electron cho phép chúng ta sử dụng chúng để khảo sát cấu trúc của vật chất ở những cấp độ sâu sắc hơn nhiều so với kính hiển vi quang học.
Vật lí Lượng tử Tốc hành | Gemma Lavender
Phần tiếp theo >>
