實(shí)物粒子的波粒二象性

實(shí)物粒子的波粒二象性第一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日波動(dòng)性--它能在空間表現(xiàn)出干涉、衍射等波動(dòng)現(xiàn)象，具有一定的波長(zhǎng)、頻率。粒子性--是指它具有集中的不可分割的性質(zhì)。一顆光子就是集中的不可分割的一顆，它具有能量（）、動(dòng)量與質(zhì)量。ZXY光子波動(dòng)如此截然不同的圖象卻集中于一體，很難想象！光的波粒二象性引起了法國(guó)LousDeBroglie的思考---世界真奇妙第二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日德布羅意覺(jué)得自然界在很多方面是對(duì)稱(chēng)的，但整個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人們對(duì)光的研究是否過(guò)多地注意到了它們的波動(dòng)性；而對(duì)實(shí)物粒子（靜止質(zhì)量不為零的微觀(guān)粒子及由它們組成的實(shí)物）的研究，又是否把粒子的圖象想得過(guò)多而忽略了它們的波的圖象呢！1922年他的這種思想進(jìn)一步升華，經(jīng)再三思考，1924年，DeBroglie在他的博士論文“量子論研究”中，大膽地提出了如下假設(shè)：不僅輻射具有二象性，而且一切實(shí)物粒子也具有二象性。二、德布羅意假設(shè)、德布羅意波

1、德布羅意假設(shè)

第三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日事實(shí)上德布羅意提出以上想法后，也沒(méi)有被大家接受，直到他的導(dǎo)師朗之萬(wàn)將其論文的復(fù)制品交給愛(ài)因斯坦，愛(ài)因斯坦稱(chēng)贊他“揭開(kāi)了大幕的一角”才引起學(xué)術(shù)界的重視，并研究如何從實(shí)驗(yàn)上去驗(yàn)證。從經(jīng)典物理看來(lái)，簡(jiǎn)直是荒謬和不可思議，看來(lái)提出這種想法沒(méi)有一定的氣魄是不行的。德布羅意回憶說(shuō)：“我當(dāng)時(shí)只不過(guò)是一種想法，不過(guò)尚沒(méi)有誕生，而且覺(jué)得這種想法不敢講出去”。但什么是德布羅意波呢？---不到火候不揭鍋！注意：這一假設(shè)建立了對(duì)實(shí)物粒子的一種新的圖象，這種圖象既允許它.表現(xiàn)微粒性，又允許它表現(xiàn)出波動(dòng)性。這種波稱(chēng)為“物質(zhì)波”或“德布羅波”。第四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日1、光子的波粒二象性2、德布羅意波粒子性波動(dòng)性（具有能量）（具有頻率）（具有動(dòng)量）h光子的波動(dòng)性二者通過(guò)h來(lái)聯(lián)系推廣：實(shí)物粒子也具有波粒二象性第五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日2、實(shí)物粒子的波粒二象性

質(zhì)量為m的粒子，以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，不但具有粒子的性質(zhì)，也具有波動(dòng)的性質(zhì)；h粒子性波動(dòng)性二者通過(guò)h來(lái)聯(lián)系a、在時(shí)，考慮相對(duì)論第六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日b、在時(shí)3、電子的德布羅意波長(zhǎng)

注意：對(duì)實(shí)物粒子，v是指粒子的速度（群速）故不存在v=的關(guān)系。加速電勢(shì)差為

U，則第七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日書(shū)中公式：

可獲得電子在不同電壓下的波長(zhǎng)的單位為eV與x射線(xiàn)的波長(zhǎng)相當(dāng)

第八頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日GNi單晶電流計(jì)三、德布羅意的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1）戴維遜--革末實(shí)驗(yàn)與湯姆遜實(shí)驗(yàn)1923年ClntonDavisson發(fā)表了慢電子從鉑片反射的角分布實(shí)驗(yàn)情況，他發(fā)現(xiàn)彈性反射電子束強(qiáng)度在某些角度出現(xiàn)了極大值。玻恩（Born）認(rèn)為是一種干涉現(xiàn)象，可能與德布羅意波有關(guān)，這引起了戴維遜和革末（LesterGermer）繼續(xù)對(duì)慢電子在鎳單晶表面散射進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)裝置：UMBK發(fā)射電子陰級(jí)加速電極第九頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日Ia=0.215nmd=0.0908nm電流出現(xiàn)了周期性變化Ni單晶da實(shí)驗(yàn)結(jié)果：第十頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)解釋?zhuān)簩㈦娮涌闯刹ǎ洳ㄩL(zhǎng)為德布羅意波長(zhǎng)：既然是波，電流出現(xiàn)最大值時(shí)正好滿(mǎn)足布喇格公式：即：實(shí)驗(yàn)裝置：GNi單晶電流計(jì)UBK發(fā)射電子陰級(jí)加速電極顯然將電子看成微粒無(wú)法解釋。實(shí)驗(yàn)表明電流最大值正好滿(mǎn)足M第十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日1927年湯姆遜（G·P·Thomson）以600伏慢電子（=0.5?）射向鋁箔，也得到了像X射線(xiàn)衍射一樣的衍射，再次發(fā)現(xiàn)了電子的波動(dòng)性。1937年戴維遜與GP湯姆遜共獲當(dāng)年諾貝爾獎(jiǎng)（G·P·Thomson為電子發(fā)現(xiàn)人J·J·Thmson的兒子）爾后又發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子、中子的衍射第十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日第十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日2）電子雙縫實(shí)驗(yàn)1961年瓊森（ClausJ?nsson）將一束電子加速到50Kev，讓其通過(guò)一縫寬為a=0.510-6m，間隔為d=2.010-6m的雙縫,當(dāng)電子撞擊熒光屏?xí)r,發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似于雙縫衍射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.大量電子一次性的行為第十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日電子雙縫實(shí)驗(yàn)--一個(gè)電子多次重復(fù)性行為第十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日3)量子圍欄(QuantumCorral)中的駐波1993年克羅米(M·F·Corrie)等人用掃描電子顯微鏡技術(shù),把銅(111)表面上的鐵原子排列成半徑為7.13nm的圓環(huán)性量子圍欄,并觀(guān)測(cè)量到了圍欄內(nèi)的同心圓柱狀駐波,直接證實(shí)了物質(zhì)波的存在.++++++++++++++++探針注意:物質(zhì)波被廣泛用作探索手段.例核反應(yīng)產(chǎn)生的中子(=0.1nm)可作為晶體探測(cè)器.中子衍射顯示的苯結(jié)構(gòu)第十六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日超高真空低能電子衍射掃描隧道顯微鏡第十七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日掃描隧道顯微鏡中的原子形象第十八頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日四、不確定關(guān)系（測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系）1927年，德國(guó)物理學(xué)家海森堡提出：

引言：在進(jìn)一步描述DeBr?glie波前，我們來(lái)考查一下經(jīng)典物理描述問(wèn)題時(shí)受到什么限制。

在介紹玻爾理論時(shí)，就曾指出它是一個(gè)半經(jīng)典半量子產(chǎn)物，用到了確定位置和軌道與動(dòng)量的概念。就是說(shuō)總可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段精確地測(cè)定微觀(guān)粒子的位置和動(dòng)量，對(duì)具有波粒二象性的微觀(guān)粒子，這種概念正確嗎？1）1、測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系（不確定關(guān)系）第十九頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日：坐標(biāo)的測(cè)量誤差：動(dòng)量（速度）的測(cè)量誤差坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)精確測(cè)量由微觀(guān)粒子的波粒二象性引起2）由電子衍射實(shí)驗(yàn)推證測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系電子具有波粒二象性，也可產(chǎn)生類(lèi)似波的單縫衍射的圖樣，若電子波長(zhǎng)為，則讓電子進(jìn)行單縫衍射則應(yīng)滿(mǎn)足：明紋暗紋{第二十頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日a、位置的不確定程度用單縫來(lái)確定電子在穿過(guò)單縫時(shí)的位置電子在單縫的何處通過(guò)是不確定的!只知是在寬為a的的縫中通過(guò).結(jié)論:電子在單縫處的位置不確定量為我們來(lái)研究電子在單縫隙位置的位置和動(dòng)量的不確定程度U第二十一頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日b、單縫處電子的動(dòng)量的不確定程度先強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：電子衍射是電子自身的波粒二象性的結(jié)果，不能歸于外部的原因，即不是外界作用的結(jié)果。顯然，電子通過(guò)單縫不與單縫材料作用，因此通過(guò)單縫后，其動(dòng)量大小P不變。但不同的電子要到達(dá)屏上不同的點(diǎn)。故各電子的動(dòng)量方向不同。UXYI第二十二頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日電子大部分都到達(dá)中央明紋處，作為分析：要估算單縫處電子在X軸上的分量的不確定量，可先抓住到達(dá)中央明紋處的電子在單縫處的不確定量來(lái)研究。即正負(fù)一級(jí)暗紋間的電子來(lái)研究。這部分電子在單縫處的動(dòng)量在X軸上的分量值為：為一級(jí)暗紋的衍射角由單縫一級(jí)暗紋條件：第二十三頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日由德布羅意關(guān)系式：考慮到還存在方向的電子，這些方向電子的動(dòng)量不確定量還要大動(dòng)量位置不確定量關(guān)系式第二十四頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日當(dāng)我們同時(shí)測(cè)量一個(gè)粒子的位置x和動(dòng)量Px時(shí)，位置x和動(dòng)量Px的不確定量滿(mǎn)足如下關(guān)系式：量子力學(xué)給出了更準(zhǔn)確的表達(dá)3）海森伯不確定關(guān)系式第二十五頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日設(shè)有一個(gè)速度為v，質(zhì)量為m的粒子，其能量考慮到E的增量：能量與時(shí)間不確定關(guān)系式即：2、能量與時(shí)間不確定關(guān)系第二十六頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日注意：1）式中E應(yīng)理解為狀態(tài)能量的不確定量，t表示明顯變化所經(jīng)歷的時(shí)間（如激發(fā)態(tài)壽命）2）h具有焦?fàn)柮氲牧烤V，而xp、Et均具有焦?fàn)柮氲牧烤V，xp、Et均稱(chēng)為共軛物理量。4、不確定關(guān)系的進(jìn)一步討論1）不確定關(guān)系意味著兩個(gè)互相制約、互成反比的共軛物理量的不確定量不能同時(shí)無(wú)限制地減小。第二十七頁(yè)，共二十九頁(yè)，2022年，8月28日2）不確定關(guān)系是