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量子物理
第二篇 波函数与薛定谔方程
微观粒子波粒二象性假说
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2025-11-11 09:29
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微观粒子波粒二象性假说
在第1章中提到,有些实验证明微观粒子具有粒子性,如爱因斯坦光电效应、玻尔假说及相关实验、康普顿散射实验等;但有些实验则证明微观粒子具有波动性,如X射线衍射实验等. 因此,抛弃“经典粒子”、“运动轨道”和“决定论”等传统观念,将微观粒子的波和粒子特性完美统一起来,并揭示其动力学过程,是量子物理学创立初期的奠基性成就. 受普朗克黑体辐射假说的启发,爱因斯坦对光电效应实验进行了成功解释,认为光是由微粒(光子)组成的,其能量为 $E=h v$ 。由于光子的静止质量等于零,其能量动量关系为 $E=p c$ ,于是光子具有动量 $p=h / \lambda$ 。换言之,光子是具有波动性的粒子.在第 1 章中, X 射线在单晶体表面的衍射现象证明了它是一种波动,然而康普顿效应则证明了 X 射线是由粒子(即 X 光子)组成的。 为了解释微观粒子的真正属性,法国物理学家德布罗意(de Broglie)从爱因斯坦光子假说中得到启发,在1923年提出了著名的微观粒子波粒二象性假说:任何微观粒子,无论是静止质量为零的光子,还是静止质量不为零的实物粒子,都具有粒子和波动两重性,其频率 $v$ 和波长 $\lambda$ 分别满足 $$ v=\frac{E}{h}, \quad \lambda=\frac{h}{p} ...(2.1) $$ 上述式(2.1)即著名的德布罗意公式,它将微观粒子的粒子性和波动性巧妙地统一起来,成为量子力学的奠基性假说. 应该指出:德布罗意提出的波粒二象性假说,说明了微观粒子既是一种粒子又是一种波动,或者说它既不是经典的粒子也不是经典的波;微观粒子是一种具有波动性的粒子,这种波被称为物质波,是一种概率波,也称为德布罗意波.
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