对德布罗意波的再认识--大学生毕业论文

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1、【标题】对德布罗意波的再认识【作者】邓举【关键词】徳布罗意波、波函数、机械波、概率波【指导老师】孙婷雅【专业】物理学【正文】1.引言量子力学和相对论被誉为20世纪物理学屮的两大支柱。在今天，这两大理论更是显示出强大的生命力。其中量子力学的发展遇到了许多困难，它是在许多科学家付出了艰辛的劳动之后才发展起来的•在量子力学的发展中，德布罗意作出了很大的贡献。可以这样说，如果没有德布罗意的德布罗意波，就不可能有今天的量子力学。徳布罗意波的提出，引起了广泛的关注，同时也引起了人们的大量讨论。但是直到量子力学的理论体系完全建立后，人们对徳布罗意波究竟是怎样一种波还

2、是不很清楚。只是徳布罗意在提出德布罗意波时将其名为“物质波”。之后，大多数人都把德布罗意波说成是描写电子等实物粒子本身的一种“物质波”。为了让人们更加正确的认识德布罗意波，本文将对德布罗意波及机械波的特性作一对比讨论。2.徳布罗意波的概念及形成2.1徳布罗意波概念形成的基础在二十世纪以前的经典物理学中，波和粒子是物质的完全不同的两个概念.粒子存在于空间的某一区域，与不连续性相联系，通常用体积、长度、动量、能量等物理量来描述它的状态和状态的变化.而波是弥漫于空间，与连续性相联系，通常用波长、频率、位相、强度等物理量来描述.在解释物理现象吋，粒子的观点总是

3、与波动的观点相对立的、互相排斥的，是种典型的对立的关系.历史上关于光的本性的探讨就是一个典例，在十七世纪以前，同时产生了光的两种学说就是微粒说和波动说，在这二者的争论中，由于儿何光学发展的需要和微粒说的倡导者一一牛顿的影响，把光看作是快速粒子流的微粒说占主导地位.但随着物理光学的深入研究，在十九世纪初，光的波动说异军突起，占了主导地位。麦克斯韦电磁场理论的成功发表并其验证，这使得光的波动说的占领主导地位.但吋隔不久，在研究光与物质的相互作用问题时又重新发现波动说面临的巨大休I难.特别是对光电效应的研究，虽然可以上溯到赫兹，但一直是光的波动说难以完满解释

4、的现彖。二十世纪初，普朗克提出了能量子概念，从此物理学进入了一个新的时期。1905年爱因斯坦为解释当时的一些实验事实，如光电效应，曾在普朗克的“能量子”概念的基础上提出了光量子的假说.光量子（光子）的理论指出，一束单色光，是一束以光速C运动的粒子波，这些粒子称为光量子，即光子.每个光子都有一定的能量，对于频率为v的光，每个光子的能量为e=hv,h为普朗克常数.光束的能量就是这些光子能量的总和，一定频率的光，光子的数目越多，光的强度就越大.以此完满地解释了光电效应现象・1909年爱因斯坦乂从普朗克关于光辐射量子理论工作屮的不白洽性出发，反过来根据普朗克辐

5、射公式来研究黑体辐射的能量的涨落现象.结果表明，光应该具有波动一面，同时又有粒子一面的双重结构.从此使人们対光的本性有了进一步的认识.即从光的干涉、衍射、偏振等现象表现出光的波动性质，而从光电效应等光与物质相互作用的现象中又表现出光的粒子性.这样历时三个多世纪的波动说和微粒说的争论，由光的波粒二象性的观点所代替，为微观粒子波粒二象性的提出打下了坚实的基础.但是在当时，爱因斯坦的光量子假说没有受到人们的认真对待，或者说，没有被看出它的深远影响，正如海森伯后來所说，“爱因斯坦的二象性在当时只是被当作不太深刻的矛盾而未被人理睬.”但爱因斯坦的这一波粒二象性思

6、想对德布罗意的影响至深。徳布罗意的兄长莫里斯是一位研究X射线的实验物理学家.当时，X射线的研究是一个非常热门的课题，莫里斯十分熟悉同行的工作成果•例如莫斯利利用X射线验证了玻尔原子模型,提出了X射线的微粒性.劳厄于1912年发现了晶体的X射线衍射，既可用于决定X射线的波长又证明了原子的点阵结构•布喇格曾经指出要探索一种理论能阐明X光的波动和粒子的两重性.莫里斯将这些情况都同德布罗意交谈过；同时也强调指出了X光应当是波和粒子的一种组合.德布罗意从中受到了很大的影响，在当时大部分物理学家致力于设法消除光的二象性，或至少相信这种二象性在一个扩充了的和修改了的

7、波动理论中或可予以克服，但徳布罗意却不同，他深信波粒二象性的正确性.布里渊在关于玻尔量子条件的研究工作中，设想了一种存在于原子核近旁的“以太”层，电子在其屮运动，这运动在“以太”层内部掀起的波因相互干涉而形成环形的驻波.这一情况的发现，布里渊认为，可以作为对玻尔的神秘的量子条件的一种物理解释.但是，布里渊的理论要借助于当吋物理学已经摒弃了的“以太”介质，并比在数学上也遇到了困难，使得物理学家难以接受•然而由于一种尚未明了的原因，布里渊把自己的上述工作寄给了德布罗意,从而使德布罗意从中吸收了布里渊的物理思想的精华，并认真地把光的二象性假说同对玻尔模型的研

8、究结合在一起考虑.1923年4月23日，康普顿宣布了关于用光子和电子相互碰撞解释X射线散射中波