【大学物理·早期通子论和量子力学基础】德布罗意波微观粒子的波粒二象性
一、德布罗意波(概率波)
德布罗意在光的波粒二象性的启发下,从自然界的对称性出发,提出了与光的波粒二象性完全对称的设想,即实物粒子(如电子、质子等)也具有波粒二象性的假设。
质量为的粒子、以速度v匀速运动时,具有能量E和动量 p;从波动性方面来看,它具有波长和频率,而这些量之间的关系也和光波的 波长、频率与光子的能量、动量之间的关系一样,应遵从下述公式
德布罗意公式:
对具有静止质量的实物粒子来说,若粒子以速度v运动,则该粒子所表现的平面单色波的波长是
人们通常把这种显示物质波动性的波称为德布罗意波。薛定谔在诠释波的物理意义时,把这种波称为物质波。如果,那么
电子的物质波绕圆轨道传播时,只有满足驻波的条件,物质波才能在圆轨道上持续地传播,这才是稳定的轨道。设r为电子稳定轨道的半径,则有
代入
得
(玻尔假设中有关电子轨道角动量量子化的条件)
二、戴维孙-革末实验
戴维孙和革末进行了电子衍射实验,证实了电子的波动性。
汤姆孙用快速电子穿过晶体薄片后在屏上也显示出有规律的条纹,这种图样和X射线通过晶体粉末后所产生的衍射条纹极其类似.说明了电子也和X射线 一样,在通过晶体薄片后有衍射现象,并且,证实了电子衍射时的波 长也符合德布罗意公式。
约恩孙直接做了电子双缝干涉实验,从屏上摄得了类似光的杨氏双缝干涉图样的照片。
三、微观粒子的波粒二象性
微观粒子(光子、电子、质子、 中子等)不仅具有粒子性,而且还具有波动性,即所谓波粒二象性。但是微观粒子在某些条件下表现出粒子性,在另一些条件下表现出波动性,而两种性质虽属于同一客体中,却不能同时表现出来。
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