17.3波粒二象性 17.4概率波17.5不确定关系.ppt

粒子的波动性
有记者曾问英国物理学家、诺贝尔获奖者布拉格教授:光是波还是粒子?
布拉格幽默地回答道:“星期一、三、五它是一个波,星期二、四、六它是一个粒子,星期天物理学家休息。”
如果你是布拉格教授,将如何机智地回答?
那么光的本性到底是什么?
光的本性
人类对于光的认识历程
能量量子化
普朗克
德布罗意:
粒子和波这两种观点应该以某种方式统一
粒子难以解释
波动难以解释
粒子性
波动性
(具有能量)
(具有频率)
(具有动量)
h
h架起了粒子性与波动性之间的桥梁

(具有波长)
1672
牛顿
微粒说
T/年
惠更斯波动说
1690
麦克斯韦电磁说
1864
1905
爱因斯坦光子说
波动性
粒子性
1909
爱因斯坦
光的波粒二象性
光既具有粒子性,又具有波动性。
1924
德布罗意
粒子的波粒二象性
实物粒子既具有粒子性,也具有波动性。

德布罗意原来学习历史,后来改学理论物理学。他善于用历史的观点,用类比方法分析问题。
1924年,他考虑到普朗克量子爱因斯坦光子理论的成功在博士论文《关于量子理论的研究》中大胆地把光的波粒二象性推广实物粒子,如电子,质子等。于是他提出实物粒子也具有波动性。这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波.
爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义,誉之为“揭开一幅大幕的一角”。
法国物理学家,1929年诺贝尔物理学奖获得者,波动力学的创始人,量子力学的奠基人之一。

一个质量为m的实物粒子以速率v 运动时,即具有以能量ε和动量p所描述的粒子性,同时也具有以频率ν和波长λ所描述的波动性。
h
粒子性
波动性
二者通过h来联系

德布罗意波
(物质波)的波长
由于德布罗意博士论文独创性,得到了答辩委员会的高度评价,但是人们总觉得他的想法过于玄妙,无法接受。于是,有人质问:有什么可以验证这一新的观念?

X 射线照在晶体上可以产生衍射,电子打在晶体上也能观察电子衍射。
戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投射到镍单晶,电子束被散射。其强度分布可用德布罗意关系和衍射理论给以解释,从而验证了物质波的存在。
1927年 () 也独立完成了电子衍射实验。与 1937 年诺贝尔物理学奖。
屏 P
多晶薄膜
高压
栅极
阴极
1. 电子衍射实验
电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后,也象X射线一样产生衍射现象。
此后,人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。
电子衍射图样