万物都有波!通过德布罗意波长公式,我们可以计算出任何物质的波

波粒二象性,这是一个听上去很简洁,然则想要真正懂得却很复杂的物理性质,微观粒子同时具有粒子性与波动性这两种特征,这是很新鲜的,因为在宏观世界中,我们还没有见过统一种物质具有两种判然不同的性质。微观粒子的粒子性很好懂得,并且我们在初中进修向分子、原子、电子这类微观粒子的时候,也是从微观粒子的粒子性角度进行彻入,所以我们一提到微观粒子,脑海中显现的就是一个别积很小的球体画面,然则关于微观粒子的波动性,我们很少说起,并且从直观感触上来讲,我们也很难懂得为何一个球状的粒子会显现诡异波动性,粒子的波性若何而来,又是若何施展的呢?德布罗意:放着官二代不做,反而去研究波粒二象性

说起微观粒子的波动性,那我们就不得不提起一位法国的伟大物理学家德布罗意(也是一名法国公爵),当德布罗意在博士时期,德布罗意就显现了对于物理学、尤其是粒子物理学的不凡先天,在德布罗意临近博士卒业时,德布罗意在其卒业论文上经由连系普朗克常量与爱因斯坦的相对论,也就是有名的两个公式:E=hv(普朗克常量)和E=mc2(爱因斯坦的质能方程),这里就不具体讲推导的过程了,其实也并不复杂,对于数学感乐趣的读者能够将两个公式连系就可推导出来,德布罗意经由简洁的数学手段,得出了一个看似很荒诞的发现,即物质也具有波动性。

德布罗意的这个究竟看上去荒诞,肉眼可见的物质怎么会显现波动性呢?再者,德布罗意也没有经由复杂的数学推导过程才获得这个究竟,所以就连德布罗意的先生对于他离经叛道的设法都十分头疼,于是将这个难题甩给了爱因斯坦,令人意想不到的是,德布罗意的这个理论却获得了物理学大咖爱因斯坦的盛赞,因为德布罗意的物质波理论一半是经由爱因斯坦的质能方程推导出来的,爱因斯坦说德布罗意的物质波理论是天才的一笔,还揭开了伟大帷幕的一角,那么德布罗意的物质波理论事实是怎么回事呢?为何我们在平常生活中从来都感触不到物质的波动性呢?德布罗意波长公式

物质波,又叫概率波,或许德布罗意波,其理论的焦点就是物质四周会陪伴着特定波长的波(量子力学哥本哈根学派将其注释为概率波),那么物质四周陪伴的这个波事实有多长呢?

德布罗意波长=λ=h/p,λ是波长,h是普朗克常数,即h=6.62607015×10^(-34) J·s,p为物质的动能,p=mv,m等于质量,v=速度

我们将λ=h/p进行简洁的变形

获得pλ=h,h是一个固定值,那么p和λ,也就是物质的动能与波长成反比,物质的动能等于质量乘以速度,那么在速度必然的情形下,物质的质量与波长成反比,物质的质量越大,物质的波长就越小,反之,物质的质量越小,物质的波长就越大。电子与棒球的波长对比

若是我们想要较量一个正在活动棒球的德布罗意波长,那么我们仅仅需要将棒球的动能,也就是棒球的质量与速度代入λ=h/p这个公式,假设棒球的质量为0.1kg,速度为3m/s,

h=6.62607015×10^(-34) J·s,那么我们就能够随意的较量出一个质量为0.1kg,速度为3m/s的棒球的德布罗意波长,然则因为h的数值实在是太小了,所以较量出棒球额德布罗意波长的数值也实在是太小了,这个波长仅为原子核半径的万亿分之一,别说在人眼的观测之下,就算我们使用最进步的电子显微镜也无法视察到棒球的物质波,所以说宏观物质因为相对于粒子来说,质量太大,所以在宏观局限内基本无法感触到物质的德布罗意波。宏观世界无法视察的德布罗意波

物质的质量与波长成反比,所以想要使物质波变得显着,或许说想如果物质波长变长,那么我们就要缩小物质的质量,质量越小的物质,其物质波就越长,我们这里以电子为例,假设电子以0.1倍的光速活动,电子的质量等于9.10956×10^-31kg千克,那么电子的物质波波长就会变大,相当于一个原子的直径,加倍直观来说:一个电子的波长是一个棒球波长的1000多倍。

凭据德布罗意波长公式,我们能够随意的较量出任何物质的物质波长,我们也能够凭据物质的动能与波长成反比的关系,懂得为何宏观物质波动性不显着,微观粒子波动性显着的原因,这里不得不信服德布罗意天才般的创意,也不得不信服量子力学的神奇。

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