TALAB, TAKLI VFA TAHLIL - uzfizika.uzuzfizika.uz/source/library/library_1469453035.pdf · Thomson, Tartakovsky, Gjemmer, Breg, Laye, Debay-Sherrer. ... Ushbu dalil interferension

91

TALAB, TAKLIF VA TAHLIL

TO'LQIN-ZARRA DUALIZMINI ISBOTLOVCHI TAJRIBALARNI BILASIZMI?

A.M.Xudayberganov, O'zbekiston MU dotsenti A.A. Maxmudov, Toshkent TYMI o'qituvchisi

Ushbu maqolada to'lqin-zarra dualizmini isbotlovchi elektron, neytron va molekulyar oqimlar orqali o'tkazilgan tajribalar haqida fikr yuritiladi.

Tayanch so'zlar: to'lqin-zarra dualizmi, elektron, neytron, molekulyar oqim, de-Broyl to'lqini uzunligi, rentgen nurlari, elektronlar interferensiya va difraksiyasi, Devison, Jermer, Tomson, Tartakovskiy, Gjermer, Breg, Laue, Debay-Sherrer.

In given article it is resulted the experiences spent with bunches electrons and neutrons, and also with the molecular bunches, proving correctness of dualism of a wave-particle.

Keywords: wave-particle dualism, a electron, a neutron, a molecular bunch, length of a wave de Broils, X-rays, an interference and diffraction electrons, Devison, Jermer, Thomson, Tartakovsky, Gjemmer, Breg, Laye, Debay-Sherrer.

В данной cmambe приводятся опыты, npoeedembie с пучками aneKmponoe и HeUmpoHoe, а maкжe с мoлeкуляpными пучками, доказывающж правильность zunome3bi Луи de Бройля, m.e. дуализма вoлны-чacmицы.

Ключевые слова: дуализм волны-ча^ицы, элeкmpoн, нeйmpoн, мoлeкуляp-ный пучок, длина волны дe Бpoйля, peнmгeнoвcкue лучи, uнmepфepeнцuя и диф-paкцuя элeкmpoнoв, Дэвисон, Жepмep, Томсон, Tapmaкoвcкuй, Гжepмep, Бpэг, Лауэ, Дeбaй-Шeppep.

Ma'lumki, taniqli fransuz fizigi Lui de Broyl tomonidan ilgari surilgan gipotezaga muvofiq, tabiatda mavjud bo'lgan har qanday zarra xuddi yorug'lik kabi korpuskulyar ham to'lqin xususiyatiga ega bo'ladi. Unga to'lqin-zarra dualizmi deyiladi. Ana shu dualizmning to'g'riligini tajribada isbot qilish kerak edi. Shuni aytish kerakki, bu dualizm juda tez tajribada tasdiqlandi. Chunki elektron, proton kabi zarralar va turli atomlarning oqimlarida xuddi yorug'lik yoki rentgen nurlaridagiga o'xshash interferensiya vadifraksiyahodisalari kuzatildi . De-Broyl gipotezasini isbot qilish uchun o'rganilayotgan zarralar oqimining de-Broyl to'lqini uzunligi tartibini bilish kerak. Chunki u zarralarda ro'y beradigan interferensiyani kuzatish uchun qanday eksperimental metodlarni qo'llash kerakligi haqida ma'lumot beradi.

Shuning uchun faraz qilamiz, elektronlar oqimi tezlatuvchi potensial U bo'lgan elektr maydonda harakatlanayotgan bo'lsin. Tezlatuvchi potensial

FIZIKA, MATEMATIKA va INFORMATIKA 2014/5

92 TALAB, TAKLIF VA TAHLIL

unchalik katta bo'lmasa, bu hol uchun klassik fizika formulalarini qo'llash mumkin. Unda quyidagi munosabat o'rinli bo'ladi:

my - eU.

Undan v -2eU

m e

ekanligi kelib chiqadi. Klassik holda elektronning de-

Broyl to'lqin uzunligi quyidagicha hisoblanadi: h • = •

my Ushbu formulaga yuqoridagi tezlik formulasi olib kelib qo'yilsa, quyidagi

ifoda hosil bo'ladi:

• - • h h h

m 2eU pem e U p e m e J u V U 1 5 0 10 - 8

Sm I 1 5 0 A - ^ A. U л/U

m e

Agar tezlatuvchi potensial U -150В bo'lsa, elektronlarning de-Broyl to'lqin 0

uzunligi 1 A bo'ladi. Bu yumshoq rentgen nurlari to'lqin uzunligi tartibidir. Agar tezlatuvchi potensial katta bo'lsa, unda elektr maydonda

harakatlanayotgan elektronlar uchun klassik fizika formulalari o'rinli bo'lmaydi. • -

h

Relyativistik mexanika formulalari o'rinli bo'ladi. Bunda • - mv formuladagi

m me - I 2 me ni relyativistik massa ekanligini hisobga olish zarur. Ma'lumki, L -

(m0 • elektronning tinchlikdagi massasi) bo'lgani uchun, elektronlarning de-Broyl to'lqin uzunligi formulasini quyidagicha yozish mumkin:

h • -• m0v

1 •-

Relyativistik kinetik energiya formulasidan foydalangan holda elektronlar tezligini tezlatuvchi potensial orqali ifodalasa bo'ladi. Buning uchun quyidagi tenglikdan foydalanish mumkin:

1 2 0 1 4 / 5 FIZIKA, MATEMATIKA va INFORMATIKA K w W I

W 1

A.M.Xudayberganov, A.A. Maxmudov. To'lqin-zarra dualizmini isbotlovchi tajribalarni bilasizmi? 93

t - m c ( n = = • 1) - eU.

.. • v_

Bundan

-\je_U2 + 2eUm0c_ v - c

eU + m0c2

ekanligini topish mumkin. Ushbu ifoda yuqorida keltirilgan elektronlarning de-Broyl to'lqin uzunligi formulasiga qo'yilsa, quyidagi tenglik hosil bo'ladi:

• -

^2eUmo(1 + , / 2 e U m ^ j i + e U

2m0c

Bu ifodadagi h, e, m0 doimiylarning o'rniga ularning son qiymatlari qo'yilsa, quyidagi natijani hosil qilish mumkin:

12 25 1 17 75 o • - 1

- 6 ... • 1 2 , 2 5 ( 1 • 0,48910м U)A. 4 U (1 + 0,97810 U)1/2 VU

Demak, relyativistik elektronlarning de-Broyl to'lqin uzunligi quyidagicha hisoblanadi:

• - 12,25 (i - 0,489.10™U) A. \ U

Ana shunday tezlikdagi protonlarning de-Broyl to'lqin uzunligi

elektronlarnikidan л/1836 marta kam bo'ladi. Demak, har qanday zarraning de Broyl to'lqin uzunligi kichik qiymatga ega bo'lib, elektron uchun uning

0

tartibi 1A -10-10 m ni tashkil qilar ekan. Yuqorida aytilganlardan kelib chiqqan holda, ixtiyoriy zarra interferensiyasini

kuzatish uchun kristall panjaradagi rentgen nurlari interferensiyasini kuzatishda qo'llaniladigan metodlardan foydalanish mumkinligi kelib chiqadi. Ana shu metodga Breg metodi deyiladi.

Breg metodi asosida Devison va Jermer tajribada elektronlar interferensiyasini o'rganishdi. Bu tajribaning mazmuni quyidagicha: elektronlar manbai bo'lgan A elektron pushkadan ma'lum tezlikda uchib chiqayotgan elektronlarning parallel oqimi V kristall tomon yo'naltiriladi (1-rasm).



N i k e l k r i s t a l i B

A Чк* V v W / N

G a l v o n o m e t r g a

C

1-rasm. Ushbu kristall vazifasini nikel kristali bajaradi. Elektronlar oqimi bu kristalda

sochiladi. Sochilgan elektronlarni galvanometr bilan ulangan S kollektor ushlab oladi. Bu kollektor hamma vaqt bir tekislikda bo'lib, tushayotgan elektronlar oqimiga nisbatan turli burchak ostida joylashish imkoniyatiga ega bo'ladi. Kollektorning turli vaziyatlaridagi tok kuchini o'lchash natijasida turli yo'nalishlarda sochilgan elektronlarning intensivligini baholash mumkin. Ana shunday natija qutb diagrammasi ko'rinishida 2-rasmda tasvirlangan.

Turli burchaklarda o'tkazilgan radius-vektorlarda shu burchaklarda sochilgan elektronlar intensivligiga proporsional bo'lgan kesmalar joylashtirilgan. Bu diagrammadan sochilgan elektronlar intensivligi tushgan oqimga nisbatan 600

burchakda maksimumga ega ekanligini ko'rish mumkin. Ushbu dalil interferension sochilishni ko'rsatadi. U esa elektronni to'lqin xususiyatiga ega ekanligini isbotlaydi.

Rentgen nurlarining kristallardagi interferensiyasini faqat Breg metodi bilan emas, balki Laue va Debay-Sherrer metodlari bilan ham amalga oshirish mumkin. Mana shu ikkala metoddan foydalangan holda de-Broyl to'lqinlarining interferensiyasini amalga oshirish mumkin. Rentgen nurlarining kristallardagi interferensiyasini birinchi marta amalga oshirgan Laue metodining mazmuni quyidagicha bo'ladi. Kristall orqali uzluksiz spektrga ega bo'lgan rentgen nurlarining tor oqimi o'tkaziladi. Bunda interferensiyalangan rentgen nurlari

2-rasm.

2014/5 FIZIKA, MATEMATIKA va INFORMATIKA


fotoplastinkada simmetrik dog'lar sistemasini hosil qiladi. Laue metodidan foydalangan Devison va Gjermer elektronlar

interferensiyasini silliqlangan nikel kristallida amalga oshirishdi (3-rasm). Bu tajribada elektronlar oqimi silliqlangan tekislikka perpendikulyar yo'naltirildi.

E lek t ron p u s h k a E lek t ron p u s h k a E lek t ron p u s h k a

3-rasm.

Bunda silliqlangan nikel kristalli uch xil azimut holatida joylashtirildi. Kollektor yordamida kristallning belgilangan holatidan turli burchaklar ostida qaytgan elektronlarning intensivligi o'lchangan. Ana shunday o'lchashlar natijasi turli tezlik, ya'ni har xil de-Broyl to'lqin uzunligiga ega bo'lgan elektronlarning A azimutdan qaytish intensivliklari qutb koordinatalaridagi diagramma ko'rinishida 4-rasmda tasvirlangan. Bunda 44 eV ga mos keluvchi elektronlarning tezligida 500 burchak ostidagi maksimum ozgina bilinadi. 54 eV ga mos keluvchi elektronlarning tezligida esa o'zining eng katta qiymatiga erishadi. Elektronlar tezligining yanada ortishi bu maksimumning kamayib borishini ko'rsatadi. 68 eV ga mos keluvchi elektronlarning tezligida 500 burchak ostidagi maksimum yana ozgina bilinadi.

Devison va Gjermer tajriba mazmunini ozroq o'zgartirishdi. Unda kollektorning holati va elektronlarning tezligi o'zgarmas saqlandi.

4-rasm. Kristall esa vertikal o'q atrofida aylantirildi. Bunda har holatga mos keluvchi

tok kollektor yordamida o'lchandi. Kristall burilganida simmetriya natijasida u



boshlang'ich holatdan uch marta o'tadi. Shu sababli interferensiyadagi eng katta maksimum har 1200 dan keyin takrorlanishi kerak. Ana shu tajriba natijalari haqiqatan ushbu fikrning to'g'ri ekanligini ko'rsatadi (5-rasm). 300, 1200, 2700 burchaklarda yuzaga kelgan kichik maksimumlar 54 eV ga mos keluvchi elektronlarning tezligida V va S azimutlarda kutilayotgan maksimumlar hisoblanadi. Hosil bo'lgan bu maksimumlar elektronlar de-Broyl to'lqinining interferensiya natijasi hisoblanadi . Bu esade-Broyl gipotezasining to'g'riligini

5-rasm. Rentgen nurlarining interferensiya va difraksiyasini o'rganishda qo'llanilgan

Debay-Sherrer metodidan foydalanib ham elektronlar oqimining interferensiya va difraksiyasini o'rganish mumkin. Bu metodning mazmuni quyidagidan iborat. Agar ingichka rentgen nurlari oqimi mayda kristallardan tashkil topgan poroshok yoki mikrokristallardan iborat ingichka metall plastinka orqali o'tsa, ushbu kristallar orasida tushayotgan oqimga nisbatan Vulf-Breg sochilishini sodir qiladigan burchak ostida joylashgan kristallar ham mavjudligi sababli bunday kristallarda rentgen nurlari sochiladi. Ular yo'liga perpendikulyar qilib fotoplastinkalar qo'yilsa, shu fotoplastinkalarda yorug' va qorong'u halqalar qatori hosil bo'ladi. Bu rentgen nurlarining interferensiya va difraksiyasidir. Xuddi shunday manzara rentgen nurlari yupqa metall plastinka orqali o'tgan vaqtida ham yuzaga keladi.

1927-yilda G.P.Tomson va P.S.Tartakovskiy birinchi marta Debay-Sherrer metodidan elektronlar difraksiyasini kuzatishda foydalanishdi. Unda elektronlar oqimi polikristallardan iborat bo'lgan yupqa metall folga orqali o'tkazildi.


W 1


Folgadagi monokristallar tartibsiz joylashganligi sababli elektronlar ularda sochiladi va buning natijasida interferension halqalar sistemasini hosil qilishi kerak. Haqiqatan ham Tomson-Tartakovskiy tajribasida ana shunday halqalar sistemasi hosil bo'ladi. Bunday halqalar elektronlar oqimini folgaga tushishi natijasida yuzaga kelgan ikkilamchi rentgen nurlari tufayli ham yuzaga kelishi mumkin. Bu farazning to'g'ri yoki noto'g'riligini isbotlash maqsadida folga bilan fotoplastinka orasida magnit maydoni hosil qilinadi va sochilgan elektronlar ana shu maydon orqali o'tkaziladi. Bu magnit maydonining ikkilamchi rentgen nurlanishiga ta'siri bo'lmaydi va bu nurlanish natijasida yuzaga kelgan interferension manzara aniq bo'ladi. Interferension manzara elektronlarning sochilishi natijasida yuzaga kelsa, u holda magnit maydonining elektronlarga ta'siri tufayli hosil bo'lgan interferension manzarada aniqlik bo'lmaydi. Ana shunday o'ziga xos tekshirishlar interferension manzarani folgada sochilgan elektronlar hosil qilganligidan dalolat beradi. Oltin va mis folgalarda sochilgan elektronlarning tajriba natijalari 6- va 7-rasmlarda keltirilgan. G.P.Tomson ushbu tajribani energiyasi 17,5-56,5 keV bo'lgan tez elektronlar bilan, P.S.Tartakovskiy esa energiyasi 1,7 keV gacha bo'lgan sekin elektronlar bilan amalga oshirdi.

6-rasm. 7-rasm.

Ma'lumki, zarraning de-Broyl to'lqin uzunligi uning massasiga teskari proporsionaldir. Demak, tezliklari bir xil bo'lgan neytron yoki molekulalarning de-Broyl to'lqin uzunligi ana shunday tezlikka ega elektronning de-Broyl to'lqin uzunligidan taxminan ming marta kichik bo'ladi. Bunday to'lqin uzunlikka ega bo'lgan neytron yoki molekulalarning de-Broyl to'lqini difraksiyasini kristallarda kuzatib bo'lmaydi. Ana shu to'lqin uzunlik kristall tugunlari orasidagi masofaning tartibida bo'lganida uning difraksiyasini kuzatish mumkin bo'ladi. Shuning uchun og'ir zarralarning kristallardagi difraksiyasini kuzatishda tezliklari kichik bo'lgan zarralardan foydalaniladi.



Zarralar sifatida neytronlar ishlatilganida energiyasi xona temperaturasidagi (?300K) gaz molekulalarining energiyasi tartibida bo'lgan issiq neytronlardan foydalanish maqsadga muvofiqdir. Bunday neytronning de-Broyl to'lqin uzunligi 10-10 m tartibida bo'ladi. Undan neytronlarning kristallardagi difraksiyasini kuzatishda foydalanish mumkin. Bu neytronlarni yadro reaktsiyalarida hosil qilsa bo'ladi. Yadro reaktorlarida hosil bo'ladigan neytronlar energiyasiga mos keluvchi temperatura xona temperaturasidan katta bo'lishiga qaramasdan bunday neytronlarning kristallardagi difraksiya hodisasini kuzatish mumkin. Kristalldan qaytgan neytronlar intensivligi neytron sanagich yordamida o'lchangan. Shuningdek, neytronlarni fotoplastinka yordamida ham qayd qilinadi. Molekulyar va atom oqimlar bilan ham shunga o'xshash tajribalar o'tkazilgan. Neytron va molekulyar (atom) oqimlar bilan o'tkazilgan tajriba natijalari ham de-Broyl gipotezasining to'g'riligini isbotlaydi.

Yuqorida bayon qilingan tajribalarning barchasi zarralar oqimi bilan o'tkazilgan. To'lqin xususiyat faqat zarralar oqimiga tegishlimi yoki alohida olingan zarraga ham tegishlimi degan savol tug'iladi. Zarralar oqimining to'lqin xususiyatlari zarralarning bir-biri bilan o'zaro ta'sirlashishi natijasi emasmikan degan savol ham yuzaga keladi.

Ana shu savolga javob berish uchun V.Fabrikant, L.Biberman va N.Sushkin 1949-yilda kuchsiz elektronlar oqimi bilan tajriba o'tkazishdi. Bu shunday tajribaki, unda elektronlarning o'zaro ta'siri hisobga olinmaydi. Kristalga intensivligi juda kichik bo'lgan elektronlar oqimi kelib tushadi. Shuning hisobiga bir vaqtning o'zida kristallda bor-yo'g'i bitta elektron difraksiyalanadi va elektronlarning bir-biri bilan o'zaro ta'siri yo'qoladi. Ana shunday holda yuzaga kelgan interferension manzara elektronlar oqimi difraksiyasi natijasida yuzaga kelgan interferension manzara bilan bir xilda bo'ladi.

Xulosa qilib shuni aytish mumkinki, yuqorida keltirilgan barcha tajribalar Lui de Broyl gipotezasi, ya'ni to'lqin-zarra dualizmining to'g'ri ekanligini isbot qilib beruvchi tajribalar hisoblanarkan. Shu nuqtai-nazardan yuqorida keltirilgan tajribalarni o'rganish katta ahamiyat kasb etadi.

Adabiyotlar: 1. Луи дe Бройль. PeBonrounfl в физик®. Москва. Атомиздат. 1965. 2. MaTBeeB А.Н. Атомная физика. Москва. Лань. 2009. 3. Шпольский Э.В. Атомная физика. Москва. Атомиздат. 2008. 4. Джeммeр М. Эволюция понятий квантовой мexaники. -М.: Наука,

1985.


1

Documents

TALAB, TAKLI VFA TAHLIL - uzfizika.uzuzfizika.uz/source/library/library_1469453035.pdf · Thomson, Tartakovsky, Gjemmer, Breg, Laye, Debay-Sherrer. ... Ushbu dalil interferension