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物質(zhì)波

 gdsasa 2011-10-16

物質(zhì)波

編輯本段概念來(lái)源

  由法國(guó)物理學(xué)家--德布羅意提出的概念。

編輯本段物質(zhì)波

  物質(zhì)波(德布羅意波)(Louis Victor de Broglie wave)指物質(zhì)在空間中某點(diǎn)某時(shí)刻可能出現(xiàn)的幾率,其中概率的大小受波動(dòng)規(guī)律的支配。比如一個(gè)電子,如果是自由電子,那么它的波函數(shù)就是行波,就是說(shuō)它有可能出現(xiàn)在空間中任何一點(diǎn),每點(diǎn)幾率相等。如果被束縛在氫原子里,并且處于基態(tài),那么它出現(xiàn)在空間任何一點(diǎn)都有可能,但 是在波爾半徑處幾率最大。對(duì)于你自己也一樣,你也有可能出現(xiàn)在月球上,但是和你坐在電腦前的幾率相比,是非常非常小的,以至于不可能看到這種情況。這些都是量子力學(xué)的基本概念,非常有趣。
  也就是說(shuō),量子力學(xué)認(rèn)為物質(zhì)沒(méi)有確定的位置,它表現(xiàn)出的宏觀(guān)看起來(lái)的位置其實(shí)是對(duì)幾率波函數(shù)的平均值,在不測(cè)量時(shí),它出現(xiàn)在哪里都有可能,一旦測(cè)量,就得到它的平均值和確定的位置。
  量子力學(xué)里,不對(duì)易的力學(xué)量,比如位置和動(dòng)量,是不能同時(shí)測(cè)量的,因此不能得到一個(gè)物體準(zhǔn)確的位置和動(dòng)量 ,位置測(cè)量越準(zhǔn) ,動(dòng)量越不準(zhǔn)。這個(gè)叫不確定性原理,當(dāng)然即使不測(cè)量,它也存在。
  機(jī)械波是周期性的振動(dòng)在媒質(zhì)內(nèi)的傳播,電磁波是周期變化的電磁場(chǎng)的傳播.物質(zhì)波既不是機(jī)械波,也不是電磁波.在德布羅意提出物質(zhì)波以后,人們?cè)?jīng)對(duì)它提出過(guò)各種各樣的解釋?zhuān)?926年,德國(guó)物理學(xué)家玻恩(1882~1970)提出了符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的后來(lái)為大家公認(rèn)的統(tǒng)計(jì)解釋?zhuān)何镔|(zhì)波在某一地方的強(qiáng)度跟在該處找到它所代表的粒子的幾率成正比.按照玻恩的解釋?zhuān)镔|(zhì)波乃是一種幾率波.德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋粒子在某處鄰近出現(xiàn)的概率與該處波的強(qiáng)度成正比

粒子觀(guān)點(diǎn)

  電子密處,概率大。電子疏處,概率小。
  

波動(dòng)觀(guān)點(diǎn)

  電子密處,波強(qiáng)大。電子疏處,波強(qiáng)小。
  
  波強(qiáng)∝振幅平方A2∝粒子密度∝概率。

補(bǔ)充資料

  1.物質(zhì)波的統(tǒng)計(jì)解釋?zhuān)翰上笮允墙y(tǒng)計(jì)性的規(guī)律,微觀(guān)粒子的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有確定的軌跡,只能確定它在某一空間位置上出現(xiàn)的幾率。所以物質(zhì)波與經(jīng)典的機(jī)械波不一樣,它是幾率波。
  2.λ=h/p (h:普朗克常量;p:動(dòng)量。 λ:波長(zhǎng))

編輯本段玻恩簡(jiǎn)介

  在德國(guó)哥延根大學(xué)的一個(gè)墓碑上刻著一個(gè)非常奇特的墓志銘,它沒(méi)有文字,僅有一個(gè)公式:
  pq—qp=h/2pi
  這是量子力學(xué)中的一個(gè)基本關(guān)系,它被認(rèn)為是該大學(xué)物理系著名的教授玻恩一生中最為重要的一項(xiàng)貢獻(xiàn)。其實(shí),在玻恩擔(dān)任該系教授及系主任期間,該系一度成為理論物理研究中心,只有哥本哈根N·玻爾研究所才能與之相比較。
  1882年12月11日,玻恩誕生于德國(guó)弗羅茨瓦夫的一個(gè)內(nèi)科醫(yī)生家庭。四歲時(shí),母親即去世了,他早期主要跟隨外祖母生活。他曾在布雷斯勞大學(xué)、柏林大學(xué)、海德堡大學(xué)、蘇黎世大學(xué)劍橋大學(xué)讀過(guò)書(shū),任過(guò)教,后在哥延根大學(xué)取得哲學(xué)博士學(xué)位,并留在該校物理系擔(dān)任系主任,一度該系成為世界理論物理研究中心,連著名的物理學(xué)家泡利海森堡都在該系做他的研究助手。泡利曾因提出“泡利不相容原理”而聞名全世界,海森堡也曾提出了量子力學(xué)的一個(gè)基本原理,即“測(cè)不準(zhǔn)原理”,表明了經(jīng)典力學(xué)規(guī)律不適用于亞原子微粒,因?yàn)椴荒芡瑫r(shí)知道這些粒子的位置和速度。
  1924年,德布羅意提出了物質(zhì)波的概念,即認(rèn)為一切宏觀(guān)粒子都具有與本身能量相對(duì)應(yīng)的波動(dòng)頻率或波長(zhǎng),后來(lái),G·P·湯姆遜等人從電子衍射證明電子具有波動(dòng)性。以此為研究起點(diǎn),玻恩系統(tǒng)地提出了一種理論體系,把其中德布羅意電子波認(rèn)為是電子出現(xiàn)的幾率波,電子運(yùn)動(dòng)可以用一個(gè)波函數(shù)來(lái)表征,它不表示一個(gè)電子確定的運(yùn)動(dòng)方向與確定的軌道,但卻說(shuō)明電子占據(jù)空間某一點(diǎn)所存在的幾率。猶如我們拋硬幣,事先我們無(wú)法判別正面向上,還是反面向上,但卻知道它們各自的幾率是多少。玻恩用幾率波成功地說(shuō)明了量子力學(xué)的波函數(shù)的確切含意。
  正由于玻恩對(duì)量子力學(xué)這門(mén)新興學(xué)科的重大貢獻(xiàn),使他贏得了1954年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

編輯本段物質(zhì)波的有關(guān)計(jì)算

  在光具有波粒二象性的啟發(fā)下,法國(guó)物理學(xué)家德布羅意(1892~1987)在1924年提出一個(gè)假說(shuō),指出波粒二象性不只是光子才有,一切微觀(guān)粒子,包括電子和質(zhì)子、中子,都有波粒二象性.他把光子的動(dòng)量與波長(zhǎng)的關(guān)系式p=h/λ推廣到一切微觀(guān)粒子上,指出:具有質(zhì)量m 和速度v 的運(yùn)動(dòng)粒子也具有波動(dòng)性,這種波的波長(zhǎng)等于普朗克恒量h 跟粒子動(dòng)量mv 的比.即λ= h/(mv).這個(gè)關(guān)系式后來(lái)就叫做德布羅意公式.
  從德布羅意公式很容易算出運(yùn)動(dòng)粒子的波長(zhǎng)。
  例如,電子的電荷是1.6×10^-19 庫(kù),質(zhì)量是0.91×10^-30 千克,經(jīng)過(guò)200 伏電勢(shì)差加速的電子獲得的能量E=Ue=200×1.6×10-19 焦=3.2×10-17 焦.這個(gè)能量就是電子的動(dòng)能,即0.5mv^2=3.2×10^-17 焦,因此v=8.39*10^6 米/秒。于是,按照德布羅意公式這運(yùn)動(dòng)電子的波長(zhǎng)是λ=h/(mv)=6.63*10^-34/(9.1*10^-31*8.39*10^6)=8.7×10-11 米,或者0.87 埃.
  我們看到,這個(gè)波長(zhǎng)與倫琴射線(xiàn)的波長(zhǎng)相仿.前面講過(guò),這樣短的波長(zhǎng),只有用晶體做衍射光柵才能觀(guān)察到衍射現(xiàn)象.后來(lái)人們的確用這種辦法觀(guān)察到了電子的衍射,從而證明了德布羅意假說(shuō)的正確性.

編輯本段其它

  發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子等微觀(guān)粒子的波動(dòng)性以后,我們對(duì)微觀(guān)世界的認(rèn)識(shí)統(tǒng)一起來(lái)了.不但原來(lái)認(rèn)為是電磁波的光具有粒子性,而且原來(lái)認(rèn)為是粒子的電子、質(zhì)子等也具有波動(dòng)性.當(dāng)然,應(yīng)該指出,雖然所有的微觀(guān)粒子都具有波粒二象性,但光子跟電子、質(zhì)子等粒子還是有很基本的區(qū)別的.光子沒(méi)有靜質(zhì)量,電子、質(zhì)子等都有靜質(zhì)量.光子的運(yùn)動(dòng)速度永遠(yuǎn)是c,電子、質(zhì)子等卻可以有低于光速c的各種不同的運(yùn)動(dòng)速度.

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