什么是波粒二象性？

波粒二象性是指一种物质同时具有波的特性和粒子的特性。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。振动粒子的解释——波粒统一的量子理论(邓宇等)振动+振动中弦粒子的平移=波粒子在经典力学中，研究对象总是被明确地分为波和粒子两大类。前者的典型例子是光，后者则构成了我们常说的“物质”。1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。1924年，德布罗意提出了“物质波”假说，认为一切物质和光一样，都具有波粒二象性。根据这个假设，电子也会有干涉和衍射等波动，这一点被后来的电子衍射实验所证实。【编辑此段】“波”与“粒子”的统一数学关系振动粒子的量子理论解释物质的粒子性用能量e和动量p来表征，而波的特性则用电磁波频率ν及其波长λ来表示。这两组物理量的标度因子由普朗克常数h (h = 6.626 * 10-34J s)联系起来。E = HV，E = MC 2是联立的，我们得到:M = HV/C ^ 2(这是光子的相对论质量，所以光子没有静止质量，因为它们不能静止)，p=mc是粒子波的一维平面波的偏微分波动方程(P是动量)。它的一般形式是эξ/эξ x = (1/u) (эξ/эξ) 5。平面质点波在三维空间中传播的经典波动方程是эξ/эξ x +⭝ξ/⭝.即平移和振动的矢量和是不同的。一个是连续介质，一个是定域粒子，两者都可以有涨落。(邓宇等，1980)经典波动方程1，1 '或4-6中的U隐含了不连续量子关系E=hυ和德布罗意关系λ = H，得出u = (υ h) (λ/h) = e/p使经典物理和量子物理、连续性和不连续性(定域性)的联系统一起来。2.粒子波和德布罗意物质波的统一德布罗意关系λ=h/p，量子关系E=hυ(和薛定谔方程代替了颗粒性和波动性的二分法，德布罗意物质波是真实物质粒子、光子、电子等的涨落。【编辑此段】量子力学的新解读:霍金片子上的四维量子理论类似于10或11维的“弦理论”=振动的弦和振动类似弦的微小物体。霍金膜上四维世界量子理论的现代诠释(邓禹等，80年代):振动量子(波动量子=量子鬼波)=平移粒子的振动；振动粒子；像量子(粒子)一样的微小物体在振荡。波量子=量子波=质点平移+振动=平移+振动=邓对矢量和量子鬼波的解释:质点(量子)平移和振动的矢量和质点波，量子波=质点振动(平移质点的振动)【编辑此段】19世纪末，成熟的原子论逐渐盛行。根据原子理论，所有物质都是由微小粒子组成的。例如，最初被认为是流体的电，被汤普森的阴极射线实验证明是由称为电子的粒子组成的。因此，人们认为大多数物质都是由粒子组成的。同时，波被认为是物质的另一种存在方式。对波动理论进行了深入研究，包括干涉和衍射。由于托马斯·杨双缝干涉实验和夫琅和费衍射中光的特性，很明显它是一种涨落。然而，在二十世纪初，这一观点面临一些挑战。阿尔伯特·爱因斯坦在1905研究的光电效应，展示了光的粒子面。随后，预测并证实了电子衍射。这显示了原本被认为是粒子的电子波动的一面。这个波粒之谜最终被二十世纪初量子力学的建立解决了，这就是所谓的波粒二象性。它提供了一个理论框架，使得任何物质在特定环境下都能表现出这两种特性。量子力学认为自然界中所有的粒子，比如光子、电子或者原子，都可以用一个微分方程来描述，比如薛定谔方程。这个方程的解就是波函数，它描述了粒子的状态。波函数是叠加的，即它们可以像波一样相互干涉和衍射。同时，波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的概率幅度。这样，粒子和波动就统一在同一个解释中了。日常生活中之所以观察不到物体的波动，是因为它们的质量太大，导致特征波长远小于可观测的极限，所以可能波动的尺度超出了日常生活经验的范围。这就是为什么经典力学能够令人满意地解释“自然现象”。相反，对于基本粒子来说，它们的质量和尺度决定了它们的行为主要用量子力学来描述，这与我们所习惯的相差甚远。[编辑此段]惠更斯和牛顿，早期光理论最早的综合光理论是由克里斯蒂安·惠更斯发展起来的。他提出了光的波动理论，解释了光波是如何形成波前并直线传播的。这个理论也能很好地解释折射现象。然而，该理论在其他方面遇到了困难。所以很快就被艾萨克·牛顿的粒子理论超越了。牛顿认为光是由微小的粒子组成的，这样他就可以很自然地解释反射现象。而且他还能稍微费点劲就解释出镜头的折射现象，通过棱镜把太阳光分解成彩虹。由于牛顿无可比拟的学术地位，一个多世纪以来没有人敢挑战他的理论，而惠更斯的理论也逐渐被遗忘。直到19世纪初衍射现象被发现，光的波动理论才被重新认识。然而，光的波动性和粒子性之间的争论从未平息。[编辑此段]和奥古斯丁-让·费尼埃在19世纪初通过费尼埃、麦克斯韦和杨演示的双缝干涉实验，为惠更斯的理论提供了实验依据:这些实验表明，当光通过网格时，可以观察到一种干涉图样，这与水波的干涉行为非常相似。而且，光的波长可以通过这些图案计算出来。詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在世纪末给出了一组方程，揭示了电磁波的性质。方程的结果是电磁波的传播速度就是光速，这使得光作为电磁波的一种解释被广泛接受，惠更斯的理论得到了重新认识。【编辑此段】爱因斯坦与光子1905，爱因斯坦提出了一个关于光电效应的理论，解决了以前光的波动理论无法解释的实验现象。他引入了光子的概念，光子是一种携带光能的量子。在光电效应中，观察到一束光照射在某些金属上，会在电路中产生一定的电流。可以推断，光在金属中敲出电子，使其流动。但与此同时，人们观察到，对于某些材料来说，即使是一束微弱的蓝光也能产生电流，但无论红光有多强，也无法从中汲取电流。根据波动理论，光的强度与其携带的能量相对应，所以强光当然可以提供更强的能量来敲出电子。然而，事实恰恰与预期相反。爱因斯坦解释为量子化效应:电子被光子撞出金属，每个光子有一部分能量E，对应光的频率ν: E = H ν，其中H为普朗克常数(6.626 x 10-34 J S)。光束的颜色取决于光子的频率，而光强取决于光子的数量。由于量子化效应，每个电子只能整体接受光子的能量，所以只有高频光子(蓝光，不是红光)才有敲除电子的能力。爱因斯坦因光电效应理论获得1921诺贝尔物理学奖。【编辑本段】光电效应方程因为E = HV，所以这束光照射到原子上，其中电子吸收了一部分能量，从而克服了功函数，逃离了原子。电子的动能ek = HV-wo，其中wo是电子从原子中逸出所需的功函数。这是爱因斯坦的光电效应方程。【编辑此段】德布罗意假说1924，路易-维克托·德布罗意注意到原子中电子的稳定运动需要引入整数来描述，构建了德布罗意假说，类似于物理学中其他涉及整数的现象，如干涉和振动简正模。就像光有波粒二象性一样，物理粒子也有波粒二象性。他把这个波长λ和动量p联系起来:λ=h/p，这是爱因斯坦方程的推广，因为光子的动量是p = E/c(c是真空中的光速)，λ = c/ν。德布罗意方程在三年后被两个独立的电子散射实验证明。克林顿·约瑟夫·戴维孙和莱斯特·哈尔伯特·格默在贝尔实验室向镍单晶发射了一束低速电子束。电子被单晶衍射，测得的电子波长符合德布罗意公式。在阿伯丁大学，乔治·佩杰特·汤姆生用高速电子穿过多晶金属箔，获得了类似X射线在多晶上产生的衍射图样，肯定地证实了电子的涨落。后来又有其他实验观测到氦原子、氢分子、中子的衍射现象，微观粒子的涨落得到广泛证实。根据微观粒子的涨落而发展起来的电子显微镜、电子衍射技术和中子衍射技术，已经成为检测物质微观结构和晶体结构分析的有力手段。德布罗意因为这个假说获得了1929年诺贝尔物理学奖。汤姆森和戴维孙因为他们的实验工作分享了1937诺贝尔物理学奖。如何统一光和微观粒子的波粒二象性，是人类认知史上最令人困惑的问题。到目前为止，还不能说完全解决了问题(物质的结构是核，原子也是，光子、电子、质子甚至天体都有自己的核，有物质在核周围运动。由于核结构的特性，每个核结构都做有起伏的直线运动，存在不确定性和量子化。张戈的高中物理老师提出了自己的观点，欢迎指正)1926 M .玻恩提出了概率波解释，很好的解决了这个问题。根据概率波的解释，用来描述粒子涨落的波函数ψ (x，y，z，t)是概率波，而不是具体的物质波。波函数绝对值的平方| ψ| 2 =ψ * ψ代表粒子在时间t出现在X，Y，Z的概率密度，ψ *代表ψ的共轭波函数。在电子通过两个空穴的干涉实验中，|ψ| 2 = |ψ1+ψ2 | 2 = |ψ1 | 2+|ψ2 | 2+ψ1 *ψ2+ψ。ψ 1 * ψ 2+ψ 1 ψ 2 *是反映干涉效应的项。无论在高粒子流强度条件下还是弱粒子流条件下做实验，让粒子一个一个地拍，重复多次实验，干涉条纹结果都是一样的。在粒子流很弱，粒子一个一个注入的重复实验中显示的干涉效应，说明微观粒子的波动不是大量粒子聚集的性质，而是单个粒子具有波动性。所以一方面粒子是不可分的，另一方面在双孔实验中，两个孔同时工作。所以，谈论微观粒子的轨迹是没有意义的。由于微观粒子具有波粒二象性，微观粒子遵循的运动规律与宏观物体不同，描述微观粒子运动规律的量子力学也不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。薛定谔方程在量子力学中，求解粒子问题往往归结为求解薛定谔方程或定态薛定谔方程。薛定谔方程在原子物理、核物理和固体物理中有着广泛的应用，解决原子、分子、原子核、固体等一系列问题的结果与现实有着很好的一致性。薛定谔方程只适用于非相对论的低速粒子，它不包含对粒子自旋的描述。当考虑相对论效应时，薛定谔方程被相对论量子力学方程所代替，其中自然包含了粒子的自旋。薛定谔提出的量子力学基本方程。成立于1926。它是一个非相对论波动方程。它反映了描述微观粒子状态随时间变化的规律，在量子力学中的地位相当于经典力学的牛顿定律，是量子力学的基本假设之一。设描述微观粒子状态的波函数为ψ (r，t)，质量为m的微观粒子在势场U(r，t)中运动的薛定谔方程为。在给定初始和边界条件以及波函数满足的单值、有限和连续条件下，可以求解波函数ψ (r，t)。由此可以计算出粒子的分布概率和任何可能实验的平均值(期望值)。当势函数u不依赖于时间t时，粒子具有确定的能量，粒子的状态称为定态。定态波函数可以写成一个公式，其中ψ (r)称为定态波函数，满足定态薛定谔方程，数学上称为本征值方程，其中e是本征值，是定态能量，ψ (r)也称为属于本征值e的本征函数。