《冉紹爾德布羅意與物質(zhì)波》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《冉紹爾德布羅意與物質(zhì)波（13頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,*,由物質(zhì)波理論引發(fā)的遐思,洪 連 杰,0410324,現(xiàn)在，經(jīng)過快一個世紀的研究，物質(zhì)波的觀念已經(jīng)深入人心，本短文即是對物質(zhì)波的簡單描述和物質(zhì)波產(chǎn)生過程的一點回顧,一 物質(zhì)波的基本概念,經(jīng)典描述：物理學(xué)把物質(zhì)分為兩大類，一類是實物，另一類是場光既具有粒子性，又具有波動性，那么我們就提出這樣的問題：質(zhì)子、電子以至原子、分子等實物粒子是否在一定條件下會表現(xiàn)出波動性?德布羅意認為，任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與它對應(yīng)，波長，其中P是運動物體的動量，h是普朗克常量繼而得出兩
2、個基本方程：=E/h，=h/p。,關(guān)于更多的理論相關(guān)，課本中有詳細描述，在這里不再贅述,物質(zhì)波理論的誕生,一、物質(zhì)波概念形成的基礎(chǔ) 隨著科學(xué)的發(fā)展，人們對光的本性有了進一步的認識即從光的干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象表現(xiàn)出光的波動性質(zhì)，而從光電效應(yīng)等光與物質(zhì)相互作用的現(xiàn)象中又 表現(xiàn)出光的粒子性這樣歷時三個多世紀的波動說和微粒說的爭論，由光的波粒二象性的觀點所代替，為微觀粒子波粒二象性的提出打下了堅實的基礎(chǔ),二、物質(zhì)波概念的孕育時期 德布羅意的物質(zhì)波概念是逐步形成的，是吸收了其他學(xué)者物理思想中的精華，并受到他們工作的許多啟發(fā)而獨創(chuàng)性地建立起來的當時的主要物理學(xué)理論有：,第一 1856年、1861年和18
3、65年，英國一個叫麥克斯韋的物理學(xué)家發(fā)表了他的三篇劃時代的,論文,，建立了電磁學(xué)理論，預(yù)示了波動時代的來臨。自從赫茲用實驗證明了電磁波的存在，人們開始更相信光是一種波。從此，波動說在接下來的很長一段日子里占據(jù)了優(yōu)勢，而似乎微粒說逐漸退出了歷史舞臺。,第二 1905年，一位名叫愛因斯坦的瑞士伯爾尼專利局的小職員發(fā)表了一篇論文，成功解釋了光電效應(yīng)。然而，人們發(fā)現(xiàn)，其中提出了光子的假說。也就是說，只有假設(shè)光是一種粒子，才能解釋光電效應(yīng)。但是該理論剛出來就幾乎遭受到全世界物理學(xué)家的無比刻薄的攻擊，僅有少數(shù)人表示理解，但并沒有很明確的支持者,第三：愛因斯坦借助了,普朗克,（普朗克提出了能量子假說，指出每
4、個能量子的能量E對應(yīng)它的頻率有個關(guān)系：E=h，h是普朗克常數(shù)，它等于6.63乘以10的-34次方）的能量子假說，提出了光子的概念。他假設(shè)，光是一份份的，每一份叫做一個光子，每個光子的能量為E=h，其中為光的頻率。而每個光子的動量為p=h/，為光的波長。這與第二個觀點結(jié)合起來就有了光的波粒二象性理論。,三、物質(zhì)波概念的建立過程 其實到這里，德布羅意要做的工作已經(jīng)很簡單了，但是最為難能可貴的就是，他作為一個文學(xué)青年，一個歷史學(xué)研究生，一個半道出家的物理學(xué)博士攻讀者，他作出了當時分明就擺在眼前卻沒人敢做得事情，他的整個理論的數(shù)學(xué)表達就是一個簡單得不能再簡單的公式：,因為 mc2=E=h，所以，=mc
5、2/h。,據(jù)說，作為一個作為一個上層家庭的高干子弟，作為一個改行不久的文學(xué)青年，德布羅意的懶散也是在物理學(xué)界里令人嘆為觀止的，需要攻讀五年的博士學(xué)位，在寫畢業(yè)論文的時候他用的只有兩片紙，用兩片紙來承載這么破天荒地理論，德布羅意很快就引起了全世界的憤怒，他的學(xué)說也毫無疑問的被貶得一文不值，然而，正如當初愛因斯坦提出光的粒子性一樣，好像真理總是在少數(shù)人眼里，當?shù)虏剂_意的導(dǎo)師朗之萬（18721946）將德布羅意的博士論文寄給愛因斯坦時，愛因斯坦大加贊賞，稱贊說：“瞧瞧吧，看來瘋狂，可 真是站得住腳呢！”并認為他揭開了“自然界巨大面罩的一角”，經(jīng)過愛因斯坦的推薦，人們才開始重視對物質(zhì)波的理論研究和實驗
6、驗證,四、物質(zhì)波概念的實驗驗證 物質(zhì)波理論公布于世之后，就很好的解釋了當時物理學(xué)上兩個令人迷惑不解的實驗結(jié)果：冉紹爾（）的電子-原子碰撞實驗和戴維森（）的電子散射實驗。而最后從實驗物理學(xué)上最終確定其正確性的則是我們都很熟悉的電子衍射實驗，1927年英國物理學(xué)家JJ湯姆遜之子喬治湯姆遜用高能電子束穿透金屬膜，并用照相術(shù)記錄了電子的衍射花樣，測出了電子束波長也與德布羅意關(guān)系式的計算值一樣，從而有力地證實了物質(zhì)波的存在,五、物質(zhì)波概念的發(fā)展 德布羅意說：“我們?nèi)魏螘r候都不應(yīng)忘記（科學(xué)史證明了這一點），我們認識的每一成就提出的問題，比解決的問題還要多；在認識的領(lǐng)域內(nèi)，新發(fā)現(xiàn)的每一片土地都可使我們推測到
7、，還存在著我們尚未知曉的無邊無際的大陸”,經(jīng)驗總結(jié),總結(jié)德布羅意的整個研究過程，他的科學(xué)方法主要有三條：,一、L.德布羅意找到物質(zhì)波理論的思路有三條：（1）是源于愛因斯坦19505年關(guān)于光量子的論文,以及愛因斯坦后來的一些工作，即光不僅具有能量，而且還具有動量，這已使光具有波粒二象性。2）波爾的量子條件自身直接提示L.德布羅意電子具有波動性。（3）康普敦效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，進一步證實了光具有粒子性。,二L.德布羅意還巧妙地利用了假說。正是這個假說，引出了本文中所敘述的一切,三、L.德布羅意在他的研究過程還運用類比的方法。德布羅意通過費馬原理與莫泊丟原理地類比暗示了：波動力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的關(guān)系，類似于波動
8、光學(xué)與幾何光學(xué)的關(guān)系，這為后來薛定諤創(chuàng)立波動力學(xué)提供了思想方法。,反思,面對這位迅速闖入物理學(xué)并迅速為物理學(xué)的進展作出杰出貢獻的科學(xué)家，我們心中充滿的是驚訝與從崇敬之情。L.德布羅意給我 們留下了不少科學(xué)遺產(chǎn)，除了他的物質(zhì)波理論之外，還有物理學(xué)的思想方法，最重要的應(yīng)該是他大膽突破舊的理論束縛，基于實驗事實成新科學(xué)概念，在巧妙地利用 假說，構(gòu)建新的理論框架的科學(xué)創(chuàng)新精神。,在愛因斯坦提出光量自假說以后，許多物理學(xué)家仍然只是把它當作修補經(jīng)典理論的假說而已，并沒有意識到光量子的價值，而L.德布羅意則不然，以他特有的 名敏銳，意識到波動性與粒子性后面的深刻本質(zhì)。并結(jié)合自己對x射線地研究以及對前人成果地研究，頂著權(quán)威物理學(xué)家說他是異想天開的壓力，大膽地揭開物 質(zhì)粒子的二象性。他運用的對比法為后來的波動力學(xué)提供了重要的思想方法。,作為物理人，皓首窮經(jīng)固然是一種很高尚的境界，但是，物理學(xué)家不是獨善其身的儒學(xué)家，全世界的目光都聚焦在科學(xué)的發(fā)展上，物理人，是要有所為的。有些問題就迫使我們不得不去考慮分析，“上帝喜歡擲骰子”的結(jié)論是愛因斯坦的晚年很是痛苦，而物理學(xué)的不確定性也同時體現(xiàn)在它自身的發(fā)展歷程中，通過L.德布羅意 的心路歷程，又能告訴我們些什么呢？,
冉紹爾德布羅意與物質(zhì)波
