العالم دي برولي افتراض الطبيعة الموجية للجسيمات وتم الربط بين الخواص الموجية والجسيمية عن طريق معادلة دي برولي. وسميت الأمواج التي تصاحب الأجسام بالموجات المادية أو موجات دي برولي. يتم شرح مبدأ دي برولي و التجارب التي تثبت صحته وتطبيقات عليه.
يصطدم الفوتون بإلكترون ما في ظاهرة کومبتون ليثبت أن للضوء طبيعة الجسمية. ومن ثم يكون للإشعاع الكهرومغناطيسي طبيعة مزدوجة. تظهر الخصائص الموجية في التداخل والحيود .
ومن الطبيعي في وجود هذه الطبيعة المزدوجة أن نتكهن أن الإلكترون ، وربما جسيمات أخرى يكون لها خواص موجية لكي تجمع بين الطبيعتين الجسيمية والموجية في هذه الحال وبالفعل ، كان لويس دى برولي أول من اقترح الطبيعة المزدوجة للإلكترون . وكان من بين دوافعه هو تفسير لنيلز بوهر حول ذرة الهيدروجين هيثم يتحرك الالكترون حركة موجية تم فرضها بور في تفسير ذرة الهيدروجين.
معادلة دي برولي
فإذا كانت كمية تحرك الفوتون هي
حيث يتم الربط بين كمية التحرك وهي صفة جسميه والطول الموجي وهي صفة موجيه عن طريق هذه المعادلة بالنسبة للفوتون. وتم تراد نفس المعادلة بالنسبة للكترون.
طول موجة دي برولي المصاحبة لجسيم متحرك تعطى بالعلاقة
الطول الموجي المصاحب للجسم له كمية تحركه P بمعادلة دى براولى حيث هو ثابت بلانك h.
تم اثبات فرض دی برولي تجريبيا بواسطة دافيسون و جيرمر عام 1927 . كانت التجربة تتلخص في سقوط حزمة من الإلكترونات على بلورة فلز النيكل مما يؤدي إلى تشتتها. وكانت النتيجة غير المتوقعة لهذه التجربة أن الإلكترونات كانت تتشتت بنمط معين و عند زوايا خاصة فقط. ويمكن تفسير الظاهرة بفرض خواص موجية للالكترونات. أو بعبارة أخرى تنعكس الإلكترونات بنفس الطريقة التي لابد أن تنعكس بها الموجات وبالتالي كان ذلك البرهان المباشر لفكرة دي برولي أن للإلكترونات خواص موجية
ونعلم أن ظواهر الحيود والتداخل هي تجربة مميزة الأمواج دون عن غيرها. وجد طومسون الأبن أنه يمكن للإلكترونات أن تتداخل مع بعضها البعض لتكون مناطق فيها الالكترونات كثيرة والمناطق بلا الإلكترونات . وذلك مثل التداخل الموجوده في الضوء ومن ثم كانت تجربة اخرى لكي تثبت الخواص الموجية للالكترونات.
موجات دي برولي
أهم التطبيقات على الطبيعة الموجية للالكترونات هو الميكروسكوب الإلكتروني الذي يمكن تعديل الطول الموجي للالكترون عن طريق اكسابه طاقة حركة الإلكترون. و يمكن كتابة العلاقة بين طاقة حركة الالكترون و طوله الموجي كما يأتي
والتحكم في الطول الموجي للإلكترون يؤدي إلى التحكم في قوة تكبير الميكروسكوب الالكتروني فكلما زاد الطول الموجي كلما زادت قدرته التكبيريه.