由
法國物理學(xué)家--德布羅意提出的概念。
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,量子力學(xué)認(rèn)為物質(zhì)沒有確定的位置,它表現(xiàn)出的宏觀看起來的位置其實(shí)是對
幾率波函數(shù)的平均值,在不測量時(shí),它出現(xiàn)在哪里都有可能,一旦測量,就得到它的平均值和確定的位置。
量子力學(xué)里,不對易的力學(xué)量,比如位置和動(dòng)量,是不能同時(shí)測量的,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,人們曾經(jīng)對它提出過各種各樣的解釋.到1926年,
德國物理學(xué)家
玻恩(1882~1970)提出了符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的后來為大家公認(rèn)的統(tǒng)計(jì)解釋:物質(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,物質(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
粒子觀點(diǎn)
電子密處,概率大。電子疏處,概率小。
波動(dòng)觀點(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:波粒兩象性是統(tǒng)計(jì)性的規(guī)律,微觀粒子的運(yùn)動(dòng)沒有確定的軌跡,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)
在德國哥延根大學(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
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)和
劍橋大學(xué)讀過書,任過教,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
泡利和
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)為一切宏觀粒子都具有與本身能量相對應(yīng)的波動(dòng)頻率或波長,后來,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明了量子力學(xué)的波函數(shù)的確切含意。
正由于玻恩對量子力學(xué)這門新興學(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,法國物理學(xué)家德布羅意(1892~1987)在1924年提出一個(gè)假說,指出
波粒二象性不只是光子才有,一切微觀粒子,包括電子和質(zhì)子、中子,都有波粒二象性.他把光子的動(dòng)量與波長的關(guān)系式
p=h/λ推廣到一切微觀粒子上,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。
例如,電子的電荷是1.6×10^-19 庫,質(zhì)量是0.91×10^-30 千克,經(jīng)過200 伏電勢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)波長與倫琴射線的波長相仿.前面講過,這樣短的波長,只有用晶體做衍射光柵才能觀察到衍射現(xiàn)象.后來人們的確用這種辦法觀察到了電子的衍射,從而證明了
德布羅意假說的正確性.
發(fā)現(xiàn)了電子、質(zhì)子等微觀粒子的波動(dòng)性以后,我們對微觀世界的認(rèn)識統(tǒng)一起來了.不但原來認(rèn)為是電磁波的光具有粒子性,而且原來認(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.