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“物质波”详谈

□ 时间:2019-8-27 □ 来源: 新浪微博

     物质波亦称德布罗意波,通常它描述了微观实物粒子的波动特性。在量子理论中,光波粒子性的发现,促使物理学家逆向思考这样一个问题: 通常认为是粒子的物质,会不会也呈现出干涉、衍射等波动特征?研究结果表明,所有微观粒子(电子、原子等)都具有波动和粒子的二重属性,即波粒二象性。微观物理中这种被叫做物质波的奇异现象,后来为许多实验所证实,成为量子力学建立的重要基础之一。


       △图1:路易·维克多·德布罗意

    ★ 物质波的基本概念

    通常,人们自然地会把电子、质子这样的微观粒子看成与经典力学中的质点相同,具有轨道或确定的动量和坐标。然而,在 1924 年, 法国青年博士研究生德布罗意(de Broglie)指出:“在辐射理论上,比起波动的研究方法来,过去的研究忽略了粒子的研究方法;那么,在实物理论上是否发生了相反的错误,是不是我们关于‘粒子’的图像想得太多,而过于忽略了波动的图像呢?” 他的这一考虑, 主要是基于普朗克(Plank)和爱因斯坦(Einstein)关于光量子的重要物理发现: 电磁辐射的能量是不连续的, 电磁场的发射和吸收, 只能以“量子” 的方式进行; 在这个意义下, 辐射场可以看成是由许多 “光量子” 组成, 而每个光量子象实物粒子一样,具有特定的能量和动量。这个观念成功地解释了黑体辐射、光电效应、固体比热和康普顿散射等物理实验。

    德布罗意是把光的这个波粒二象性的事实加以推广,提出一切微观粒子都具有波动性的大胆假设,并论证了一个动量为p=mv,能量为 E 的自由的粒子,相当于一个波长为λ =h/p、频率为ω =E/h、 沿粒子运动方向传播的平面波h= 6.6260755×10-34Js 是普朗克常量)。由此可见, 粒子的波长与其质量和速度成反比。 各种实物粒子的速度是有限的(小于光速),对于给定的质量,许多粒子物质波的波长是很短的。例如,动能为 100 电子伏特的电

资讯作者: 异丁 源信息发布时间: 2018/3/1 编辑:金阳
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