文档介绍：2—2 微观粒子的波粒二象性
wave-particle parallelism of micro-particles
1、what is wave-particle parallelism?
micro-particles have characteristic both wave and particle→ wave-particle parallelism(Sometimes the wave's characteristic is outstanding, at other time the particle's characteristic is outstanding),Cognition to wave-particle parallelism of micro-particles begin with that of light 。
2、wave-particle parallelism of light
光的传播
干涉、衍射、偏振
波动性,电磁波
I= ψ2/4π
相互作用
光的吸取、放射、光电效应
粒子性,光子流
I= ρε= ρhν
经过200年的争论,20世纪初,人们终于认识到光具有波粒二象性。
光的强度 I = ρε= ρhν=ψ2/4π
光子的密度ρ∝ψ2
3、wave-particle parallelism of electron
光子具有波粒二象性,作为微观粒子的电子是否也具有波动性?
(1)Prophesy:1923年,年青的法国巴黎大学的毕业生德布罗依de Broglie在其毕业论文中大胆预言Prophesy ,既然光具有二象性,那么一切实物微粒Real object particle也具有二象性wave-particle parallelism ,他以严谨的推理和科学地分析、论证他的预言正确无疑,他提出实物微粒波长为:
λ= h/p = h/mυλ:波动性
P:粒子性
h
这种波叫matter waves,又叫de Broglie waves。
各微观粒子和宏观物体的de Broglie waves见P31表1-3。
(2)Confirmation:1927年Davison和Germer(美国)用电子在晶体上的衍射实验证实了de Broglie的假设——电子具有wave property(参见P203),求算出的电子波的波长(用nλ=2dsiθa/2 布拉格公式),与按de Broglie公式预言的一致( de Broglie就以这篇毕业论文破天荒地获得博士学位,并于1929年获诺贝尔物理奖,戴维逊和革未后来也获诺贝尔奖)。
现在我们进一步思考,能否象经典力学中确定宏观物体的运动状态一样,同时用位置和速度等物理量来准确描述电子的运动状态呢?1927年德国的海森堡Heisenberg(量子力学quantum mechanics的创始人之一)对此作出了否定的回答,提出了有名的不确定原理uncertainty principle 。
4、不确定原理uncertainty principle
Heisenberg认为:在任一瞬间不可能同时准确确定微观粒子的动量momentum和空间位置position,微观粒子位置与动量遵循以下不确定原理uncertainty principle
△X位置不确定值
△P动量不确定值
h 普朗克常数
△X≥h/(2π·m·△υ)
△X·△Px≥h/2π
△X·△Px≥h/2π
△Z·△PZ≥h/2π
Example: uncertainty value of electron电子的不确定值
△X = h /(2π·m·△υ)= 260pm
而玻尔半径为53pm,可见位置的不确定性。
而一个moving %, 则速度不确定值为5×10-31m/s, ×103m/s, 可见速度不确定值小到可忽略不计.
signification:具有波动性的粒子和经典粒子有着完全不同的特征,即不能同时有确定的坐标和动量the more precisely we know a particle’s position, the less precisely we can know its momentum, and vice versa.
那么,我们如何来描述微观粒子的运动状态呢?
1-5-4 Describing of moving state of electrons
*一、薛定谔方程 Schrodinger equation
1、1926年奥地利的Schrodinger从电子的波粒二象性wave-particle parallelism出发,把电子的运动