Synopsis Quantummechanica I

Einstein-de Broglie relaties

  • De quantummechanica is van toepassing op atomaire processen en wordt gekarakteriseerd door de constante van Planck, vernoemd naar de Duitse natuurkundige Max Planck (1858-1947).
  • Golf-deeltje dualiteit vormt de grondslag voor de quantummechanica.

Voor het begrip van fundamentele fysische processen tussen atomen onderling en de wisselwerking met licht is de quantummechanica onmisbaar. Een atoom heeft een afmeting van ongeveer 10-1 nm. Voor golflengten op deze zeer kleine schaal blijkt elektromagnetische straling zich in veel opzichten te gedragen als een verzameling discrete deeltjes. Dit werd in 1905 door Albert Einstein verklaard door aan te nemen dat licht bestaat uit energiepakketjes, genaamd fotonen, met energie evenredig met de frequentie f van het licht:

1.1

E f =h⋅f
  • De constante van Planck h=6,6⋅ 10 −34 Js  is de fundamentele natuurconstante binnen de quantumwereld. In SI-eenheden heeft deze constante een zeer kleine waarde maar in de atomaire wereld waar alle afmetingen zeer klein zijn domineert deze constante de natuurkundige verschijnselen.

Binnen een atoom zijn de elektronen gebonden aan een kern door de elektrische aantrekkingskracht. Vrijwel alle waarneembare eigenschappen van atomen en moleculen kunnen verklaard worden uit de veronderstelling dat elektronen zich in deze beperkte ruimte gedragen als een staande golf. De fundamentele relatie die een golflengte verbindt met een deeltjeseigenschap werd in 1924 gegeven door Louis de Broglie:

1.2

λ B = h m⋅v
  • In de noemer staat de impuls (massa maal snelheid) van het betreffende deeltje. De zo gedefinieerde golflengte heet in de natuurkunde de debroglie-golflengte.
  • De fundamentele Einstein-de Broglie relaties (1.1) en (1.2) geven een verband tussen fysische eigenschappen van golfgedrag (frequentie, golflengte) en deeltjesgedrag (energie, impuls). Dit wordt golf-deeltje dualiteit genoemd.