什麽是波粒二象性？

波粒二象性是指壹種物質同時具有波的特性和粒子的特性。波粒二象性是量子力學中的壹個重要概念。振動粒子的解釋——波粒統壹的量子理論(鄧宇等)振動+振動中弦粒子的平移=波粒子在經典力學中，研究對象總是被明確地分為波和粒子兩大類。前者的典型例子是光，後者則構成了我們常說的“物質”。1905年，愛因斯坦提出了光電效應的光量子解釋，人們開始意識到光波同時具有波和粒子的雙重性質。1924年，德布羅意提出了“物質波”假說，認為壹切物質和光壹樣，都具有波粒二象性。根據這個假設，電子也會有幹涉和衍射等波動，這壹點被後來的電子衍射實驗所證實。【編輯此段】“波”與“粒子”的統壹數學關系振動粒子的量子理論解釋物質的粒子性用能量e和動量p來表征，而波的特性則用電磁波頻率ν及其波長λ來表示。這兩組物理量的標度因子由普朗克常數h (h = 6.626 * 10-34J s)聯系起來。E = HV，E = MC 2是聯立的，我們得到:M = HV/C ^ 2(這是光子的相對論質量，所以光子沒有靜止質量，因為它們不能靜止)，p=mc是粒子波的壹維平面波的偏微分波動方程(P是動量)。它的壹般形式是эξ/эξ x = (1/u) (эξ/эξ) 5。平面質點波在三維空間中傳播的經典波動方程是эξ/эξ x +?ξ/?.即平移和振動的矢量和是不同的。壹個是連續介質，壹個是定域粒子，兩者都可以有漲落。(鄧宇等，1980)經典波動方程1，1 '或4-6中的U隱含了不連續量子關系E=hυ和德布羅意關系λ = H，得出u = (υ h) (λ/h) = e/p使經典物理和量子物理、連續性和不連續性(定域性)的聯系統壹起來。2.粒子波和德布羅意物質波的統壹德布羅意關系λ=h/p，量子關系E=hυ(和薛定諤方程代替了顆粒性和波動性的二分法，德布羅意物質波是真實物質粒子、光子、電子等的漲落。【編輯此段】量子力學的新解讀:霍金片子上的四維量子理論類似於10或11維的“弦理論”=振動的弦和振動類似弦的微小物體。霍金膜上四維世界量子理論的現代詮釋(鄧禹等，80年代):振動量子(波動量子=量子鬼波)=平移粒子的振動；振動粒子；像量子(粒子)壹樣的微小物體在振蕩。波量子=量子波=質點平移+振動=平移+振動=鄧對矢量和量子鬼波的解釋:質點(量子)平移和振動的矢量和質點波，量子波=質點振動(平移質點的振動)【編輯此段】19世紀末，成熟的原子論逐漸盛行。根據原子理論，所有物質都是由微小粒子組成的。例如，最初被認為是流體的電，被湯普森的陰極射線實驗證明是由稱為電子的粒子組成的。因此，人們認為大多數物質都是由粒子組成的。同時，波被認為是物質的另壹種存在方式。對波動理論進行了深入研究，包括幹涉和衍射。由於托馬斯·楊雙縫幹涉實驗和夫瑯和費衍射中光的特性，很明顯它是壹種漲落。然而，在二十世紀初，這壹觀點面臨壹些挑戰。阿爾伯特·愛因斯坦在1905研究的光電效應，展示了光的粒子面。隨後，預測並證實了電子衍射。這顯示了原本被認為是粒子的電子波動的壹面。這個波粒之謎最終被二十世紀初量子力學的建立解決了，這就是所謂的波粒二象性。它提供了壹個理論框架，使得任何物質在特定環境下都能表現出這兩種特性。量子力學認為自然界中所有的粒子，比如光子、電子或者原子，都可以用壹個微分方程來描述，比如薛定諤方程。這個方程的解就是波函數，它描述了粒子的狀態。波函數是疊加的，即它們可以像波壹樣相互幹涉和衍射。同時，波函數也被解釋為描述粒子出現在特定位置的概率幅度。這樣，粒子和波動就統壹在同壹個解釋中了。日常生活中之所以觀察不到物體的波動，是因為它們的質量太大，導致特征波長遠小於可觀測的極限，所以可能波動的尺度超出了日常生活經驗的範圍。這就是為什麽經典力學能夠令人滿意地解釋“自然現象”。相反，對於基本粒子來說，它們的質量和尺度決定了它們的行為主要用量子力學來描述，這與我們所習慣的相差甚遠。[編輯此段]惠更斯和牛頓，早期光理論最早的綜合光理論是由克裏斯蒂安·惠更斯發展起來的。他提出了光的波動理論，解釋了光波是如何形成波前並直線傳播的。這個理論也能很好地解釋折射現象。然而，該理論在其他方面遇到了困難。所以很快就被艾薩克·牛頓的粒子理論超越了。牛頓認為光是由微小的粒子組成的，這樣他就可以很自然地解釋反射現象。而且他還能稍微費點勁就解釋出鏡頭的折射現象，通過棱鏡把太陽光分解成彩虹。由於牛頓無可比擬的學術地位，壹個多世紀以來沒有人敢挑戰他的理論，而惠更斯的理論也逐漸被遺忘。直到19世紀初衍射現象被發現，光的波動理論才被重新認識。然而，光的波動性和粒子性之間的爭論從未平息。[編輯此段]和奧古斯丁-讓·費尼埃在19世紀初通過費尼埃、麥克斯韋和楊演示的雙縫幹涉實驗，為惠更斯的理論提供了實驗依據:這些實驗表明，當光通過網格時，可以觀察到壹種幹涉圖樣，這與水波的幹涉行為非常相似。而且，光的波長可以通過這些圖案計算出來。詹姆斯·克拉克·麥克斯韋在世紀末給出了壹組方程，揭示了電磁波的性質。方程的結果是電磁波的傳播速度就是光速，這使得光作為電磁波的壹種解釋被廣泛接受，惠更斯的理論得到了重新認識。【編輯此段】愛因斯坦與光子1905，愛因斯坦提出了壹個關於光電效應的理論，解決了以前光的波動理論無法解釋的實驗現象。他引入了光子的概念，光子是壹種攜帶光能的量子。在光電效應中，觀察到壹束光照射在某些金屬上，會在電路中產生壹定的電流。可以推斷，光在金屬中敲出電子，使其流動。但與此同時，人們觀察到，對於某些材料來說，即使是壹束微弱的藍光也能產生電流，但無論紅光有多強，也無法從中汲取電流。根據波動理論，光的強度與其攜帶的能量相對應，所以強光當然可以提供更強的能量來敲出電子。然而，事實恰恰與預期相反。愛因斯坦解釋為量子化效應:電子被光子撞出金屬，每個光子有壹部分能量E，對應光的頻率ν: E = H ν，其中H為普朗克常數(6.626 x 10-34 J S)。光束的顏色取決於光子的頻率，而光強取決於光子的數量。由於量子化效應，每個電子只能整體接受光子的能量，所以只有高頻光子(藍光，不是紅光)才有敲除電子的能力。愛因斯坦因光電效應理論獲得1921諾貝爾物理學獎。【編輯本段】光電效應方程因為E = HV，所以這束光照射到原子上，其中電子吸收了壹部分能量，從而克服了功函數，逃離了原子。電子的動能ek = HV-wo，其中wo是電子從原子中逸出所需的功函數。這是愛因斯坦的光電效應方程。【編輯此段】德布羅意假說1924，路易-維克托·德布羅意註意到原子中電子的穩定運動需要引入整數來描述，構建了德布羅意假說，類似於物理學中其他涉及整數的現象，如幹涉和振動簡正模。就像光有波粒二象性壹樣，物理粒子也有波粒二象性。他把這個波長λ和動量p聯系起來:λ=h/p，這是愛因斯坦方程的推廣，因為光子的動量是p = E/c(c是真空中的光速)，λ = c/ν。德布羅意方程在三年後被兩個獨立的電子散射實驗證明。克林頓·約瑟夫·戴維孫和萊斯特·哈爾伯特·格默在貝爾實驗室向鎳單晶發射了壹束低速電子束。電子被單晶衍射，測得的電子波長符合德布羅意公式。在阿伯丁大學，喬治·佩傑特·湯姆生用高速電子穿過多晶金屬箔，獲得了類似X射線在多晶上產生的衍射圖樣，肯定地證實了電子的漲落。後來又有其他實驗觀測到氦原子、氫分子、中子的衍射現象，微觀粒子的漲落得到廣泛證實。根據微觀粒子的漲落而發展起來的電子顯微鏡、電子衍射技術和中子衍射技術，已經成為檢測物質微觀結構和晶體結構分析的有力手段。德布羅意因為這個假說獲得了1929年諾貝爾物理學獎。湯姆森和戴維孫因為他們的實驗工作分享了1937諾貝爾物理學獎。如何統壹光和微觀粒子的波粒二象性，是人類認知史上最令人困惑的問題。到目前為止，還不能說完全解決了問題(物質的結構是核，原子也是，光子、電子、質子甚至天體都有自己的核，有物質在核周圍運動。由於核結構的特性，每個核結構都做有起伏的直線運動，存在不確定性和量子化。張戈的高中物理老師提出了自己的觀點，歡迎指正)1926 M .玻恩提出了概率波解釋，很好的解決了這個問題。根據概率波的解釋，用來描述粒子漲落的波函數ψ (x，y，z，t)是概率波，而不是具體的物質波。波函數絕對值的平方| ψ| 2 =ψ * ψ代表粒子在時間t出現在X，Y，Z的概率密度，ψ *代表ψ的共軛波函數。在電子通過兩個空穴的幹涉實驗中，|ψ| 2 = |ψ1+ψ2 | 2 = |ψ1 | 2+|ψ2 | 2+ψ1 *ψ2+ψ。ψ 1 * ψ 2+ψ 1 ψ 2 *是反映幹涉效應的項。無論在高粒子流強度條件下還是弱粒子流條件下做實驗，讓粒子壹個壹個地拍，重復多次實驗，幹涉條紋結果都是壹樣的。在粒子流很弱，粒子壹個壹個註入的重復實驗中顯示的幹涉效應，說明微觀粒子的波動不是大量粒子聚集的性質，而是單個粒子具有波動性。所以壹方面粒子是不可分的，另壹方面在雙孔實驗中，兩個孔同時工作。所以，談論微觀粒子的軌跡是沒有意義的。由於微觀粒子具有波粒二象性，微觀粒子遵循的運動規律與宏觀物體不同，描述微觀粒子運動規律的量子力學也不同於描述宏觀物體運動規律的經典力學。薛定諤方程在量子力學中，求解粒子問題往往歸結為求解薛定諤方程或定態薛定諤方程。薛定諤方程在原子物理、核物理和固體物理中有著廣泛的應用，解決原子、分子、原子核、固體等壹系列問題的結果與現實有著很好的壹致性。薛定諤方程只適用於非相對論的低速粒子，它不包含對粒子自旋的描述。當考慮相對論效應時，薛定諤方程被相對論量子力學方程所代替，其中自然包含了粒子的自旋。薛定諤提出的量子力學基本方程。成立於1926。它是壹個非相對論波動方程。它反映了描述微觀粒子狀態隨時間變化的規律，在量子力學中的地位相當於經典力學的牛頓定律，是量子力學的基本假設之壹。設描述微觀粒子狀態的波函數為ψ (r，t)，質量為m的微觀粒子在勢場U(r，t)中運動的薛定諤方程為。在給定初始和邊界條件以及波函數滿足的單值、有限和連續條件下，可以求解波函數ψ (r，t)。由此可以計算出粒子的分布概率和任何可能實驗的平均值(期望值)。當勢函數u不依賴於時間t時，粒子具有確定的能量，粒子的狀態稱為定態。定態波函數可以寫成壹個公式，其中ψ (r)稱為定態波函數，滿足定態薛定諤方程，數學上稱為本征值方程，其中e是本征值，是定態能量，ψ (r)也稱為屬於本征值e的本征函數。