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波粒二象性
波粒二象性
波粒二象性(wave-particle duality)是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质,是量子力学中的一个重要概念。
在经典力学中,研究对象总是被明确区分为两类:波和粒子。前者的典型例子是光,后者则组成了我们常说的“物质”。1905年,爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释,人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。1924年,德布罗意提出“物质波”假说,认为和光一样,一切物质都具有波粒二象性。根据这一假说,电子也会具有干涉和衍射等波动现象,这被后来的电子衍射实验所证实。
物质的粒子性由能量 E 和动量 p 刻划,波的特征则由电磁波频率 ν 和其波长 λ 表达,这两组物理量的比例因子由普朗克常数 h(h=6.626*10^-34J·s) 所联系。
E=hv ,E=mc^2 联立两式,得:m=hv/c^2(这是光子的相对论质量,由于光子无法静止,因此光子无静质量)而p=mc则p=hv/c(p 为动量)
粒子波的一维平面波的偏微分波动方程,其一般形式为эξ/эx=(1/u)(эξ/эt)
三维空间中传播的平面粒子波的经典波动方程为эξ/эx+эξ/эy+эξ/эz=(1/u)(эξ/эt)
波动方程实际是经典粒子物理和波动物理的统一体,是运动学与波动学的统一.波动学是运动学的一部分,是运动学的延伸,即平动与振动的矢量和.对象不同,一个是连续介质,一个是定域的粒子,都可以具有波动性。
经典波动方程式中的u,隐含着不连续的量子关系E=hυ和德布罗意关系λ=h/p,由于u=υλ,故可在u=υλ的右边乘以含普朗克常数h的因子(h/h),就得到u=(υh)(λ/h)=E/p
使经典物理与量子物理,连续与不连续(定域)之间产生了联系,得到统一。
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