波粒二象性如何理解?爲什麼會有兩種性質?

劉保亞227


微觀粒子和宏觀物質相比較,它的質量和運動速度等都有很大不同,宏觀物質可以準確確定該物質在某一時刻的速度和位置,然而微觀粒子不一樣,由於微觀粒子質量和大小非常小,並且運動速度快,這使微觀粒子和宏觀物質不同,要了解微觀世界,必須知道分子、原子、電子等微粒的特點。

1923年,法國物理學家德布羅意在普朗克和愛因斯坦光量子論以及波爾的原子理論的基礎上,提出微粒具有波粒二象性的假設,他認為:微觀粒子與光相似,也具有波動和粒子的兩種性質,並且適用於光子能量公式E=hν,(h為普朗克量),也適用於粒子。又根據愛因斯坦在狹義相對論中自由粒子的能量公式推導出,波長λ公式

其中m為粒子運動的質量,v為粒子運動,速度p為動量,上圖公式就是德布羅意關係式,這個公式把微觀粒子的粒子性和波動性統一起來。

看一張表

這張表看出,由於宏觀物質波長太短,無法測量,因此我們就沒有考慮宏觀物質的波動性,然而微觀粒子不同,需要考慮波動。

德國物理學家海森堡研究光的譜線強度時,在愛因斯坦的相對論啟發下,經過推導論證,在1927年提出了不確定原理:對於運動的微觀粒子,不能同時準確的測出它的位置和動量。它的關係式為

Δx是微觀粒子的位置座標的不確定度,Δp為微觀粒子動量的不確定度,這個公式說明,微觀粒子位置的不確定度與動量的不確定度的乘積大約等於普朗克常數的數量級。換句話說就是微觀粒子位置不確定度Δx越小,則相應的動量不確定度Δp就越大。簡而言之,微粒的動量(或位置)能準確測量,則位置(或動量)不能被準確測量,據此認為,原子中的電子是沒有確定軌道的。

波粒二象性和不確定原理說明,微觀粒子的運動規律並不是不可預知,微觀粒子的波動性和粒子性可以用概率波和概率密度來描述微粒的特性,微觀粒子的波動性是大量微觀粒子運動所表現出的性質,可以說物質的運動規律是概率波。

要研究微觀粒子的運動,就要尋找一個函數,用該函數的圖像與粒子的運動規律建立聯繫,這個函數就是運動微粒的波函數ψ。

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