德布罗意假说
德布罗意假说提出，所有物质都表现出类似波的性质，并将观察到的物质波长与其动量联系起来。在阿尔伯特·爱因斯坦的光子理论被接受后，问题变成了这是否只适用于光，还是物质物体也表现出类似波的行为。德布罗意假说是如何发展起来的。
德布罗意的论文
法国物理学家路易斯·德布罗意（Louis de Broglie）在其1923年（或1924年，取决于来源）博士论文中做出了大胆的断言。考虑到爱因斯坦的波长λ与动量p的关系，德布罗意提出，这种关系将决定任何物质的波长，在这种关系中：
lambda = h / p recall that h is Planck's constant这种波长称为德布罗意波长。他之所以选择动量方程而不是能量方程，是因为对于物质来说，不清楚E应该是总能量、动能还是总相对论能量。对于光子来说，它们都是相同的，但对于物质来说却不同。
然而，假设动量关系，允许使用动能Ek推导频率f的类似德布罗意关系：
f = Ek / h替代配方
德布罗意关系有时用狄拉克常数h-bar=h/（2pi）和角频率w和波数k表示：
p = h-bar * kEk = h-bar * w实验验证
1927年，贝尔实验室的物理学家克林顿·戴维森和莱斯特·杰默进行了一项实验，他们向晶体镍靶发射电子。由此产生的衍射图案与德布罗意波长的预测相符。德布罗意因其理论获得1929年诺贝尔奖（这是有史以来第一次授予博士论文），1937年戴维森/杰默因电子衍射的实验发现（从而证明了德布罗意的假设）共同获得该奖。
进一步的实验证明德布罗意的假设是正确的，包括双缝实验的量子变体。1999年的衍射实验证实了德布罗意波长对于Buckyball这样大的分子的行为，Buckyball是由60个或更多碳原子组成的复杂分子。
德布罗意假说的意义
德布罗意假说表明，波粒二象性不仅是光的一种反常行为，而且是辐射和物质所展示的基本原理。因此，只要适当地应用德布罗意波长，就有可能用波动方程来描述材料的行为。这将证明对量子力学的发展至关重要。它现在是原子结构理论和粒子物理学不可分割的一部分。
宏观物体与波长
尽管德布罗意的假设预测了无论大小，它的实用性都有现实的限制。向投手投掷的棒球的德布罗意波长比质子直径小约20个数量级。宏观物体的波动面是如此之小，以至于在任何有用的意义上都无法观察到，尽管这很有趣。
- 发表于 2021-10-20 08:59
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- 分类：物理
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