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實(shí)物粒子的波粒二象性

2016/11/3 15:15:55

愛因斯坦提出光的粒子性后,路易·維克多·德布羅意做了逆向思考,他在論文中寫到:19世紀(jì)以來,只注重了光的波動(dòng)性的研究,而忽略了粒子性的研究,在實(shí)物粒子的研究方面,是否犯了相反的錯(cuò)誤呢?1924年,他又注意到原子中電子的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)需要引入整數(shù)來描寫,與物理學(xué)中其他涉及整數(shù)的現(xiàn)象如干涉和振動(dòng)簡(jiǎn)正模式之間的類似性,由此構(gòu)造了德布羅意假設(shè),提出正如光具有波粒二象性一樣,實(shí)物粒子也具有波粒二象性。他將這個(gè)波長(zhǎng)λ和動(dòng)量p聯(lián)系為:λ=h/p=h/mv;m:質(zhì)量,v:頻率,h:普朗克常數(shù)。

這是對(duì)愛因斯坦等式的一般化,因?yàn)楣庾拥膭?dòng)量為p = E / c(c為真空中的光速),而λ = c / ν。

德布羅意的方程三年后通過兩個(gè)獨(dú)立的電子散射實(shí)驗(yàn)被證實(shí)。在貝爾實(shí)驗(yàn)室Clinton Joseph Davisson和Lester Halbert Germer以低速電子束射向鎳單晶獲得電子經(jīng)單晶衍射,測(cè)得電子的波長(zhǎng)與德布羅意公式一致。在阿伯丁大學(xué),G.P湯姆孫以高速電子穿過多晶金屬箔獲得類似X射線在多晶上產(chǎn)生的衍射花紋,確鑿證實(shí)了電子的波動(dòng)性;以后又有其他實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到氦原子、氫分子以及中子的衍射現(xiàn)象,微觀粒子的波動(dòng)性已被廣泛地證實(shí)。根據(jù)微觀粒子波動(dòng)性發(fā)展起來的電子顯微鏡、電子衍射技術(shù)和中子衍射技術(shù)已成為探測(cè)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)分析的有力手段。

德布羅意于1929年因?yàn)檫@個(gè)假設(shè)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。湯姆孫和戴維遜因?yàn)樗麄兊膶?shí)驗(yàn)工作共享了1937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

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