波粒二象性,这是一个听上去很简单,但是想要真正了解却很复杂的物理性质,微观粒子同时具有粒子性与动摇性这两种特性,这是很奇特的,由于在宏观世界中,我们还没有见过同一种物质具有两种截然不同的性质。微观粒子的粒子性很好了解,而且我们在初中学习向分子、原子、电子这类微观粒子的时分,也是从微观粒子的粒子性角度中止彻入,所以我们一提到微观粒子,脑海中展示的就是一个体积很小的球体画面,但是关于微观粒子的动摇性,我们很少提及,而且从直观感受上来讲,我们也很难了解为何一个球状的粒子会呈现诡异动摇性,粒子的波性如何而来,又是如何表示的呢?德布罗意:放着官二代不做,反而去研讨波粒二象性 说起微观粒子的动摇性,那我们就不得不提起一位法国的巨大物理学家德布罗意(也是一名法国公爵),当德布罗意在博士时期,德布罗意就展示了关于物理学、特别是粒子物理学的特殊天赋,在德布罗意临近博士毕业时,德布罗意在其毕业论文上经过分离普朗克常量与爱因斯坦的相对论,也就是著名的两个公式:E=hv(普朗克常量)和E=mc2(爱因斯坦的质能方程),这里就不细致讲推导的过程了,其实也并不复杂,关于数学感兴味的读者能够将两个公式分离就可推导出来,德布罗意经过简单的数学伎俩,得出了一个看似很荒唐的发现,即物质也具有动摇性。 德布罗意的这个结果看上去荒唐,肉眼可见的物质怎样会呈现动摇性呢?再者,德布罗意也没有经过复杂的数学推导过程才得到这个结果,所以就连德布罗意的教员关于他离经叛道的想法都十分头疼,于是将这个难题甩给了爱因斯坦,令人意想不到的是,德布罗意的这个理论却得到了物理学大咖爱因斯坦的盛赞,由于德布罗意的物质波理论一半是经过爱因斯坦的质能方程推导出来的,爱因斯坦说德布罗意的物质波理论是天才的一笔,还揭开了巨大帷幕的一角,那么德布罗意的物质波理论究竟是怎样回事呢?为何我们在日常生活中历来都感受不到物质的动摇性呢?德布罗意波长公式 物质波,又叫概率波,或者德布罗意波,其理论的中心就是物质周围会随同着特定波长的波(量子力学哥本哈根学派将其解释为概率波),那么物质周围随同的这个波究竟有多长呢? 德布罗意波长=λ=h/p,λ是波长,h是普朗克常数,即h=6.62607015×10^(-34) J·s,p为物质的动能,p=mv,m等于质量,v=速度 我们将λ=h/p中止简单的变形 得到pλ=h,h是一个固定值,那么p和λ,也就是物质的动能与波长成反比,物质的动能等于质量乘以速度,那么在速度一定的状况下,物质的质量与波长成反比,物质的质量越大,物质的波长就越小,反之,物质的质量越小,物质的波长就越大。电子与棒球的波长对比 假如我们想要计算一个正在运动棒球的德布罗意波长,那么我们仅仅需求将棒球的动能,也就是棒球的质量与速度代入λ=h/p这个公式,假定棒球的质量为0.1kg,速度为3m/s, h=6.62607015×10^(-34) J·s,那么我们就能够随意的计算出一个质量为0.1kg,速度为3m/s的棒球的德布罗意波长,但是由于h的数值真实是太小了,所以计算出棒球额德布罗意波长的数值也真实是太小了,这个波长仅为原子核半径的万亿分之一,别说在人眼的观测之下,就算我们运用最先进的电子显微镜也无法察看到棒球的物质波,所以说宏观物质由于相关于粒子来说,质量太大,所以在宏观范围内基本无法感遭到物质的德布罗意波。宏观世界无法察看的德布罗意波 物质的质量与波长成反比,所以想要使物质波变得明显,或者说想要是物质波长变长,那么我们就要减少物质的质量,质量越小的物质,其物质波就越长,我们这里以电子为例,假定电子以0.1倍的光速运动,电子的质量等于9.10956×10^-31kg千克,那么电子的物质波波长就会变大,相当于一个原子的直径,愈加直观来说:一个电子的波长是一个棒球波长的1000多倍。 依据德布罗意波长公式,我们能够随意的计算出任何物质的物质波长,我们也能够依据物质的动能与波长成反比的关系,懂得为何宏观物质动摇性不明显,微观粒子动摇性明显的缘由,这里不得不信服德布罗意天才般的创意,也不得不信服量子力学的神奇。 |