物质的波利二相性.ppt

1、19世纪末20世纪初，出现了经典物理学无法解释的物理现象或过程，主要包括：原子稳定性及其线性谱。基于积累的认识，我们周围的存在不是粒子就是波，或者波就是粒子。到19世纪末，经典物理理论已经建立：经典电磁理论、经典力学和经典统计物理。但是，黑体辐射、光电效应、物体比热、康普顿散射，微观粒子的经典理论是错误的，正确描述微观粒子运动规律的理论是什么，量子力学，第二章，如何建立微观粒子理论？研究现象需要回答的基本问题，为什么，什么，如何，描述量，物理量，运动方程，物理理论，物理理论的逻辑结构，大学物理课程的各个分支：力学，热力学，电磁学等。可以认为是通过回答上述三个基本问题而建立起来的，这三个基本问题

2、相互之间的研究对象、力学坐标系、位置向量、位移、速度、加速度、动量、角动量、能量、牛顿运动方程、建立量子力学需要回答哪些基本问题？如何描述微观粒子的状态？微观粒子的运动特征和性质是什么，它们的状态是如何变化的？描述动力学特征、基本物理量、其他物理量，例如为什么、什么、如何以及如何建立关于微观粒子的理论。实验、假设、逻辑推理、经典物理学(尤其是经典力学)、量子力学的基本原理、解答关于微观粒子的基本问题、推广和观察、第3章、微观系统运动特性的表征、第5章、能量本征值问题(严格解)、第4章、微观系统状态变化的基本规律、第2章、物质的波粒二象性及其描述、第7章、量子第6章自旋和原子、基本原理、基本方法

3、、基本原理、第2章量子力学、 2.1物理粒子的波粒二象性，第2章物质的波粒二象性及其描述，2.2描述波粒二象性的波函数，2.3自由粒子，2.4统计解释决定了波函数的分析性质，微观粒子运动的本质特征是什么？ 根据经典物理学，微观粒子(粒子)在空间运动时有确定的轨道。例如，以某一初始速度进入均匀电场的电子通常以抛物线运动。我们如何知道这个关于微观粒子运动本质的结论？根据微小粒子的运动假设，牛顿力学和电磁学的计算，以及微观粒子和宏观物体相互作用的结果，人类从来没有直接观察过微观粒子的运动轨迹！结论是否正确和全面？事实上，由于存在经典物理学无法解释的涉及微观粒子的过程和现象，这表明在理解经典物理学中微

4、观粒子的运动性质方面存在问题。第二章：物质的波粒二象性及其描述；2.1 .物理粒子的波粒二象性和物质波的实验：1.光的波粒二象性。麦克斯韦1865年的电磁理论和赫兹1888年的实验证实了电磁波的存在，从而揭示了光的电磁本质。早在公元前，中国的翟墨和希腊的欧几里德就提出了光的直线传播！基于此，人们建立了几何光学，并且很早，人们就提出了光粒子理论。然而，例如，黑体辐射是电磁波，而对黑体辐射实验规律的理解导致普朗克提出了腔壁振荡器能量量子化的假设(1900 . 12 . 14)；光的粒子性质，密立根实验(1905-1915)和康普顿散射(1923)直接证实了光的粒子性质。光电效应的解释导致爱因斯坦提

5、出辐射场的光量子假说(1905)，其本身是由光量子组成的。每个光量子的能量E与辐射频率n之间的关系是m0=0，E=h n h=6.62607510 -34 J .s，光子以光速运动。(角动量量纲的作用量)，光和物质之间的相互作用，可见光或紫外光，x光，射线(1900)，(例如，物质的照射，光电效应(外部或内部)，康普顿散射，正负电子对的产生也直接证实了遵循能量、电荷和动量守恒的光的粒子性质。因此，赵忠尧(1930)的这个实验发现(1932)也证实了光的粒子性质。如何理解光的粒度和波动？1909年，爱因斯坦提出光速就是光速，而充分描述其波粒二象性的理论是量子场论中量子电动力学的一部分。光的波粒二

6、象性是：1926年，刘易斯将其命名为“光子”。1923年，德布罗意进一步阐述了光的波粒二象性，认为在光的理论研究中，粒子和周期性的概念必须同时引入，光本身也必须同时考虑。谷歌搜索：刘易斯，在19世纪之前，是粒子还是波？波粒二象性受轻粒子理论支配。19世纪，光波理论得到了证实。20世纪初，光的颗粒性、波粒二象性和波粒二象性得到了证实。在理解了人类理解光的本质的过程之后，你对微观粒子的本质有什么猜测？光，线性传播，空间延伸，粒子，线性运动，可以在任何地方。人类对光的本质的理解：它不仅仅是粒子，也不仅仅是波！但同时，2。德布罗意物质波假说(Nature112(1923)540)，物理粒子(静止质量为

7、m00的粒子)也可能具有波动性，也就是说，像光一样，它们也具有波动粒子的二重性。这两个方面必须有相似的关系，并且普朗克常数必须出现在其中；与具有确定能量e和确定动量p的物理粒子相关的物质波的频率和波长分别是，n=e/h，l=h/p，w=2pn=e/。德布罗意进一步阐述了光的波粒二象性，对几何光学和经典力学做了详细的类比，深入分析了这两个物理学分支之间的对应关系，并提出了物质波假说。K=2p/l=p/。第三，物质波假说的实验证实：1 .1927年，美国的戴维孙和热尔将电子束投射到镍单晶上，并进行了类似x光衍射的实验。实践是检验真理的唯一标准！1.散射电子束的强度随散射角的变化而变化，有些值有最大

8、值，这与x光衍射现象相同；2.根据对应于散射电子束的最大强度的散射角，由布拉格公式计算的波长与由德布罗意关系计算的入射电子的波长相同。证实了德布罗意关系的正确性，并发现：(自然119，558 (1927)，物理杂志30，706(1927)，电子衍射实验通过多晶金膜，2。同年(1927年)，乔治汤普森在铝上照射了阴极射线。罗伊。足球。伦敦A 117，600 (1928)，金属薄膜的电子衍射实验图形与粉末法的x光衍射图形非常相似，与德布罗意关系预测的结果的数值误差为5%。Markus Arndt等，C60分子束的光栅衍射，(Nature 401，680(1999)，含60个碳原子的C60分子，质量

9、大，结构复杂，内部自由度多，与环境耦合，准经典系统，实验装置图(未按比例)。中性热C60分子束从喷嘴为0.33毫米、0.33毫米、0.3毫米、0.25毫米的高温炉中以约1000千米的速度射出，穿过两个0.01毫米、5毫米的准直狭缝，间隔1.04米，穿过0.1米后穿过狭缝间距为100纳米、狭缝宽度为50纳米的衍射光栅，然后穿过1.25米到达空间位置分辨率探测器。3。1999年，Markus Arndt等人，C60分子束的光栅衍射，(nature 401，680 (1999)，C60分子的干涉图样，位置(m)，每50秒计数，每秒计数，图a，实验记录(圆)和拟合结果图b是干涉装置中没有光栅的C60分

10、子束的截面图。4，卡皮扎-狄拉克效应：电子的光驻波衍射，(1933年提出)，(NATURE 413，142(2001)，电子的光栅衍射装置示意图。从电子枪发射的380电子伏特的电子束穿过两个宽度为10微米、彼此相距24厘米的准直钼狭缝，然后被第三个狭缝切割成高度等于约1厘米激光束腰宽的电子束，然后发射到激光驻波区。在离激光驻波区24厘米处有一个宽度为10微米的可移动狭缝，它可以确定进入电子探测器的电子来自哪里。电子束的测量宽度为25微米。为了获得足够高的强度，在实验中使用的方向上传播的两个激光束是10纳秒的钕：钇：铝石榴石激光器。每列激光束的波长为532纳米，腰部直径为125微米。激光驻波存在

11、和不存在时的观测结果。4.卡皮扎-狄拉克效应：电子的光驻波衍射(1933年提出)，5。物质波假说的其他实验证实，在1929年，艾斯特在1936年，米切尔和鲍尔斯通过晶体衍射实验证明中子具有易变性。1994年观察到范德瓦尔斯团簇干涉现象。1961年，詹森成功地观察到了电子的单缝和双缝衍射图样；1969年，中性钾原子单缝衍射实验成功实现；1975年，中子干涉实验成功实现；1997年，用电磁驻波作为光栅观察了原子的光栅衍射图；(自然388，827(1997)，(自然54，425(1975)，(科学266，1345(1994)，(Am。J. Phys. 37，905(1969)，(Z.Phys. 61

12、，95(1930)，(C.R. Acad .Sci.203，73(1936)；Phys. Rev. 50，486 (1936)。1932年，E. ruska设计了世界上第一台电子显微镜。粒子挥发性的实验和应用使我们不得不接受粒子具有挥发性的事实。也就是说，物理粒子具有波粒二象性。物理粒子既有颗粒又有波动。光具有挥发性和粒子性。该字段具有波动性和粒度。任何物质都是挥发性和颗粒状的。物理粒子和场之间没有本质的区别。物理粒子，场，量子场论，很难理解物理粒子的波粒二象性，1粒子的物质波不是某种物质波包，不是某种粒子的实际结构，波包：是各种波长的平面波的某种叠加，(1)物质波包会传播。例如，非相对论自由

13、粒子的物质波包将变成脂肪3360，波包：大物体3，P13密波：声波，纵波3，P3，(2)粒子物质波包的衍射波向空间的各个方向传播，而衍射波包只有一部分向各个方向观察，即只有“一部分粒子”，这与一次观察一个粒子的实验结果相矛盾。粒子的物质波不是由分布在空间的大量粒子形成的密度波。在粒子衍射实验中，极弱入射粒子流的衍射图样在足够长的时间后仍然出现，这表明单个粒子存在波动。物质波，物质波包，夸大了物质的挥发性，粒子密度波，夸大了物质的粒子性质，2.2，波函数及其统计解释，两粒子性质和挥发性的本质，粒子性质，粒子性质，I，质量和电荷等。经实验证实，ii。精确的轨道，直观的经验，波动性，波动与波的相干叠

14、加有关，但不一定与真实物理量的空间分布的周期性变化有关。物理粒子既有粒子性质又有波动性质，既不是经典粒子，也不是经典波动。涨落和粒子是物理粒子的两个不同方面。可以说它既像粒子又像波。特殊性和易变性源于人类在宏观世界的生产、实验和日常生活中形成的直观体验，而对微观对象的理解是通过其与宏观对象的相互作用来实现的，从而形成了对实际对象是颗粒状还是易变性的理解。因此，微观物体的真实行为和运动规律很可能与我们现有的观念相矛盾。因此，我们应该根据实验事实，合理地分析、思考和理解微观物体的波粒二象性，而不应该发现与之相关的性质、规律和现象与我们的经典概念相矛盾，并抛弃它或混淆。由于物理粒子的波粒二象性已经被

15、实验所证实，我们不得不承认：杨氏双缝干涉是一个经典的波动光学实验。早在1927年，玻尔和爱因斯坦就以电子双缝干涉实验为例讨论了量子力学的基本原理，这个例子已经被无数教科书引用。然而，由于技术上的困难，这只是一个“意识形态实验”，直到20世纪50年代末。3.理解物质的波强度(波粒二象性的本质)现在，我们将分析电子的类杨氏双缝干涉实验来理解物质的波强度。电子枪(由一根加热的钨丝和一个加速电极组成)用来发射电子到一个有双缝的屏幕上，然后是一个接收电子的后挡板。首先，在它上面安装一个可移动的探测器，它可以是一个盖革计数器，或者更好的是，一个与扬声器相连的电子倍增器。每当电子到达时，探测器就会发出咔嗒声

16、。如图a所示.在实验中，我们可以发现咔哒声的节奏是不规则的，但是长时间内每个地方的平均咔哒声数是近似恒定的，这与电子枪发射的电子电流强度成正比。为了避免过于密集的咔哒声和难以计数，我们可以通过降低电子枪的加热电流来降低电子的电流强度。我们甚至可以想象，电子电流是如此之弱，以致于在电流电子从电子枪开始并通过双缝屏到达后挡板之前，后一个电子不会开始。一次只有一个电子通过仪器。此时，如果我们在后挡板上安装了探测器，我们会发现一次只有一个探测器发出咔嗒声。所有的咔哒声都同样强烈，而且两个或更多的探测器不会同时发出微弱的咔哒声。也就是说，就像子弹实验一样，电子是以“粒子”的形式被探测到的。现在盖住接缝2，只允许电子通过接缝1。记录后挡板上各处检测到的电子数量。经过长时间的数据积累，可以得到如图B所示的电子沿x