高三物理 第二十一章 电子论初步 四、物质波(备课资料)

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1、●备课资料一、德布罗意生平简介1.路易斯·德布罗意（LouisdeBroglie,1892~1987)出生在法国一个显赫的贵族家庭.中学毕业后进入巴黎大学攻读历史，1910年获得历史学硕士学位.在他哥哥、著名的X射线物理学家莫里斯·德布罗意（MauricedeBroglie,1875~1960)的影响下，对物理学产生了浓厚的兴趣，并在他哥哥的私人实验室里进行物理学的研究工作.特别是在阅读了第一届索尔维会议的学术报告和论文后，就下决心去弄清楚普朗克引入的量子概念的真正本性.在获得了科学硕士学位后，他的研究

2、工作被第一次世界大战所打断.大战结束后，他又继续从事物理学的研究工作，并在朗之万（PaulLangevin,1872~1946)的指导下攻读博士学位.1924年获巴黎大学博士学位，在博士论文中首次提出了“物质波”概念.1926年起在巴黎大学任教，1932年任巴黎大学理学院理论物理学教授，1933年被选为法国科学院院士，1942年任该院常任秘书.1945年，莫里斯和路易斯·德布罗意兄弟俩被任命为法国原子能高等委员会顾问，他们对原子能的和平发展以及加强科学和工业的联系深感兴趣.作为科学院的终身秘书，德布罗意

3、强烈要求该机构考虑热核爆炸的有害后果.1962年退休.2.科学成就1923年9月至10月间，德布罗意在《法国科学院通报》上接连发表了三篇论文：《辐射——波和量子》《光学——光量子、衍射和干涉》《物理学——量子、气体运动理论以及费马原理》.在这几篇短文中，提出了现在称为“德布罗意波”的思想.1824年，在题为《量子论研究》的博士论文中，系统地阐述了他在前几篇文章中提出的相波理论，并于同年11月27日在佩兰的主持下通过了博士论文答辩.在《量子理论研究》的提要中，他首先说明了他所追求的目标.他说：“光学理论的

4、历史表明科学思想曾有很长一段时间徘徊于光的动力学解说和波动学解说之间，这两种解说毫无疑问并不像人们曾认为的那样是彼此对立的，量子理论的发展似乎证实了这一结论.”德布罗意非常欣赏爱因斯坦的光量子假说，但是他又认为爱因斯坦的光量子理论也有其不彻底性，只不过使粒子说又重新抬头而已.他希望粒子观点和波动观点统一起来，即在光的理论中同时引进粒子概念和周期性概念，以进一步揭示了“量子”的真正含义.他在论文中写道：“考虑到频率和能量的概念之间存在着一个总的关系，在本文中我们认为存在着一个其性质有待进一步说明的周期性现

5、象，它与每个孤立能量块相联系，与静止质量的关系则遵从普朗克——爱因斯坦方程.这种相对论理论将所有质点的匀速运动与某种波的传播联系了起来，而这种波的位相在空间的运动比光速要快.”他假设所有具有动量p和能量E的物质客体，如电子等，都具有波动性，其频率和波长分别由下式给出ν=,λ=，式中的λ为波长.这两个假设是建立波动力学的物理基础.当1926年E.薛定谔发表他的波动力学论文时，曾明确表示：“这些考虑的灵感，主要归因于德布罗意先生的独创性的论文.”1927年，美国的C.J.戴维孙和L.H.革末及英国的G.P.

6、汤姆孙通过电子衍射实验各自证实了电子确实具有波动性.至此，德布罗意的理论作为大胆假设而成功的例子获得了普遍的赞赏，从而使他获得了1929年诺贝尔物理学奖.后来，德布罗意主要从事的仍是波动力学方面的研究,他在1951年以后着重研究了“双重解理论”，想要在经典的时空概念的基础上对波动力学的几率和因果性作出解释，但这种努力未获得成功.德布罗意始终对现代物理学的哲学问题感兴趣，喜欢将理论物理学、科学史和自然哲学结合起来考虑，写过一些有关的论文.3.趣闻轶事（1）“揭开了巨大帷幕的一角”德布罗意的新理论，开始时并

7、没有受到物理学界的重视.因为他的思想是如此新颖，如此大胆，以致于像普朗克、洛伦兹这些人都很难相信它的正确性.即使他的导师朗之万，虽然认为他的想法有很大的独创性，但也认为他的想象过分大胆，几近荒谬.不过他又想到，玻尔的理论开始时也曾被认为是极其荒谬的，说不定德布罗意的想法中包含了一些重要的东西.于是朗之万还是把德布罗意的论文副本寄给了爱因斯坦，请他提出看法.素来喜欢物理学上的对称性的爱因斯坦，一下子就看出了德布罗意的理论正是揭示了光子和物质粒子之间的这种对种性，立即意识到德布罗意思想的深远意义，并且想到在

8、他自己关于理想气体的新的涨落公式中出现的波干涉项可能正是起源于德布罗意波.所以他热情地复信给朗之万，称赞德布罗意“已揭开了巨大帷幕的一角.”爱因斯坦当时正着手将印度青年物理学家玻色（S.N.Bose,1894~1974)提出的光子统计理论推广到单原子理想气体，他立即吸收了德布罗意的新理论，于1924年9月和1925年2月发表了他的论文.在论文中他特别提到了德布罗意把一个粒子系统归结为一个波场的这篇“非常值得注意”的论文.他还写道：“看来，粒