基础量子物理科普(1)德布罗意的物质波

最前面的历史啊黑体辐射、光电效应、玻尔的氢原子理论什么的就不记了,大家应该都很了解了。

德布罗意的物质波

几何光学与经典粒子力学有很高的相似性,比如说光的传播符合Fermat原理,即
\delta \int_{A}^B \frac{dl}{v} = 0
从A到B的所走路径比起其他相邻路径来说取,光程取极值。
对于经典粒子来讲,势场V中运动的一个粒子从A到B的实际轨道由Maupertuis最小作用原理决定,即
\delta \int_A^B pdl =\delta\int_A^B\sqrt{2m(E-V)} = 0
也就是说A到B的轨道的作用积分取极值
根据这个相似性,德布罗意从中提出了他的物质波假说。能量E动量p的离子的物质波频率\nu = E/H波长\lambda = h/p
(这块大家高中物理选修3-5应该都学过)
既然如此的话,以氢原子核外电子为例,波围绕原子核传播一周的话,周长应该刚好是波长的整数倍,这样一圈圈绕的话波峰波谷永远是那几个固定的位置,也就是形成驻波,而如果不是呢,就会变成很多错位的正弦波叠加,干涉相消。

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可以计算出

因为
可以计算离子的角动量(半径乘动量)

物质粒子的波动性与光有相似之处,但是由于普朗克常量h太小了,因此波长太小,平时的波动性很难表现出来,所以用经典力学依然可以得出正确结果,但是在原子世界中,经典力学忽略的波动性变会出来捣乱,因此人们需要新的力学——波动力学。

高速运动粒子的能量 E = \sqrt{p^2c^2+m^2c^4}

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