量子力学和波粒二象性_量子力学波粒二象性主要内容

量子力学：对波粒二象性的进一步探讨,你怎么看呢？

光到底是波还是粒子？这是一个曾经争执了上百年的问题，有人认为光是波，有人认为光是粒子。到了20世纪初，这两种理论已经完全背道越走越远，并且都各自坚信自己的理论才是正确的。究竟是波还是粒子，大家决定用一个实验来证明，即双缝干涉实验。

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简言之，就是在一块板上开两个距离适中的小缝，板的一边是一个光子，另一边是一个感光屏。用光子对准双缝发射光子，如果光是由粒子组成，那当它通过双缝后，呈现在感光屏上的一定会是是两道杠；反之，如果光是波，那么感光屏上就会留下如斑马线一样的多道条纹。根据波动理论，当波动穿过缝隙时会形成两个波源，两道波各自震荡干涉，波峰与波峰之间强度叠加，波峰与波谷之间相互抵消，终屏幕上会出现一道道干涉条纹。总之，两道杠，说明光具有粒子性；多条纹，说明光具有波动性。

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次试验，把光子对准双缝发射，结果感光屏上出现了多道条纹。而按照之前的推论，这似乎完全证明了光是波的理论。但是还有认为光是粒子的理论，那么进行第二次试验，把光子切换到点射模式，即每次只发射一个光子，让光子逐一通过狭缝。如果之前的推论正确的话，当发射足够多的光子后，感光屏上只会出现两道杠。然而一段时间后感光屏上却同样出现了干涉条纹（斑马线）。这让人感到费解，明明同一时间两个缝隙只有一个有光子通过，那这个光子是在和谁进行干涉呢？难道它是在和自己干涉吗？这似乎不太可能。

为了弄清这个问题，决定进行第三次实验。此次试验与以往不同的是在屏幕左右加装了两个观测镜头，哪边的看到光子就说明光子穿过了哪条缝。通过终观测数据发现，光子确实是从两个缝进行单一通过。正当科学家以为一切都真相大白的时候，却出现了诡异的一幕——感光屏上出现了明显的两道杠。为什么会这样？之前明明是多道干涉条纹，为什么加了观测镜纹就由斑马线变成两道杠了？就好像光子知道有镜头在观察它一样，没有观测镜头的时候是波，有观测镜头的时候就变成了粒子。

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所有人都疑惑不解的时候，爱因斯坦提出了一个大胆的说，即“光量子说”。并在后来据此演化出来了波粒二象性，即光既可以表现出波的性质，也可以表现出粒子的性质。而这其中的变量取决于观测方式的不同。到这里，所有的问题似乎都迎刃而解，用波粒二象性都能够解释的通。

然而1979年，由爱因斯坦的同事约翰.惠勒所提出的“延迟选择实验”却对经典物理学造成了前所未有的冲击。为了便于理解，我们还是以双缝干涉实验来讲，不过这次不同的是，发射光子前屏幕前没有观测镜头。发射光子后，在光子落在感光屏之前加上观测镜头，结果无论加观测镜头的速度快慢，感光屏上出现的一定是两道杠；反之，如果一开始有观测镜头，哪怕在以后一刻撤掉，感光屏上出现的一定是干涉条纹（斑马线）。

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而这里加或者不加观测镜头均是在光子穿过缝隙之后决定的，也就是说光子的状态在加或者撤掉观测镜头之前就已经定型了，那么为什么实验结果在后一刻还会发生变化？难道加或者撤掉观测镜头再次改变了已经定型的光子？也就是说现在的选择改变了过去既定存在的事实？

这让物理学家们感到数百年来的经典物理学体系似乎正在崩塌，这里套用波尔的一句话，“在观测发生前，没有任何物理量是客观存在的。”这样似乎一切又都能解释的通。

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量子力学告诉我们，粒子可以同时处在不同的状态下，这是量子力学中的态叠加原理。即光可以不同概率同时是波和粒子的状态，而具体情况则取决于观测方法。当正常用双缝实验测试时，粒子全部坍缩为波状态，便得到了光的波动性；而架设观测相机观测时，波动状态则全部坍缩为粒子状态，便得到了广德粒子性。这便是量子力学中的观察者效应，即观测了就会引起叠加态的坍缩并且得到一个确定无疑的结果。这便是量子力学的神奇之处，而在延迟选择实验之后物理学界更是无人不信量子力学！

量子力学能否解释波粒二象性？

量子力学没法解释波粒二象性，量子在场论中场本身是波动方程的解，而粒子是场激发后对应的量子。因此无法进行解释。

量子力学没法解释这个，量子场论可以提供一个图像。在场论中场本身是波动方程的解，而粒子是场激发后对应的量子。具有波动性的场每次激发都相当于时空中产生一个粒子，这被理解为波粒二象性。

是可以的，通过量子力学的专业理论，能够解释波粒二象性这个概念。

量子力学也是解释不了波粒二性的，波粒二象性是很难解释的，现在科学家都没有研究明白。

当然可以了，因为量子力学是一个比较复杂的学科，而且其中包含了很多的物质和事情。

从波粒二象性到量子力学

随着宏观世界研究的深入，微观世界的波动理论和粒子理论也在发展着。

对于光波究竟是波动还是粒子争论了很多年，双缝干涉实验证明了光是一种波，而光电效应实验则证明了光是一种粒子，从而产生了光的波粒二象性原理。

后由德布罗意提出物质波理论，认为所有的物质都是波，当物体的动量乘以波长小于普朗克常量的时候就会表现出波动特性。

量子理论起源于普朗克的猜想，目的是为了解决无限能量困境。

想象一个普通的火炉，按照传统波动和热力学理论计算，这个火炉的能量是无穷大的，这显然不可能。

后来普朗克提出了量子说，认为火炉辐射的能量并不连续，而是以“团”为单位的。

波长超过某一值的团不会携带能量，这个值就是后来的普朗克常量，即波的小能量单元与频率的比例因子。

量子理论主要思想：

，能量以间断形式传播；

第二，量子论以概率论为核心；

第三，不确定性原理。

在电子双缝干涉实验里，对于电子究竟通过哪条缝一直令人困惑。

而费曼认为，电子实际上同时穿过了两条缝，由此延伸，每一个从到荧屏的电子其实都“同时经历了所有可能路径”，而这就是费曼的量子力学“路径求和”方法。

爱因斯坦认为，在某一时刻电子具有确定的位置和速度；而量子力学则证明了，电子永远不可能具有确定的位置和速度。

费曼证明，当考虑比原子大的物体的时候，为每条路径的赋值会保证，所有路径在求和时都会相互抵消，只留下一条路径。

这也是量子力学只适用于微观尺度的原因之一。

由于量子力学以概率论为核心，需要用波函数描述粒子运动状态，这个方程早被薛定谔找到，被称为薛定谔方程。

关于量子理论有一条重要原理——海森堡的不确定性原理。

比如我们想在电子双缝干涉实验里确定电子的确切路径，并用光子去撞击。

用高频光照射能够地知道电子的位置，可是却会干扰电子的速度；

用低频光能够将对电子的影响降低到小，可是却得不到电子的位置。

海森堡量化这些数据并发现，无论采用什么测量仪器、运用什么测量方法，测量精度与速度总是成反比的。

在微观世界存在一种均衡行为，一个物理量越另一个物理量就越不。

量子力学中波粒二象性的物理意义

补充一下，值得注意的是，在同一个现象中，不可能同时表现出（或者说被观察到）“波动性”和“粒子性”。要么表现出“波动性”，要么表现出“粒子性”。

波粒二象性是量子力学的基础，量子力学是建立在波粒二象性成立的基础上的。

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但是，李青梅已经正式波粒二象性是错误的，教科书即将被改写，详细见《波粒二象性是错误的》。

电子衍射也不属于波动现象，不能作为波动性的证据，见 《德布罗意物质波理论是错误的》

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波粒二象性（we-particle duality）是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。在经典力学中，研究对象总是被明确区分为两类：波和粒子。前者的典型例子是光，后者则组成了我们常说的“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“物质波”说，认为和光一样，一切物质都具有波粒二象性。根据这一说，电子也会具有干涉和衍射等波动现象，这被后来的电子衍射试验所证实。

波粒二象性的认识及概念,

波粒二象性（波粒二象性）是指一种物质波和粒子特性的特点.波粒二象性是量子力学中一个重要的概念.

经典力学中的研究对象是始终清楚地分为两类：波和粒子.前者的典型例子是光,后者包括我们常说的“物质”.在1905年,爱因斯坦提出了光电效应的量子解释,人们开始意识到光波同时具有双重的波和粒子性质. 1924年,德布罗意“物质波”的说,光,像所有的物质具有波粒二象性.根据这一说,电子也会有波动现象,如干涉和衍射,电子衍射试验后来被证实.

物质编辑本段,“波”和“粒子”的数学关系颗粒性能量E和动量p刻波的特点是波的频率ν和波长λ的表达,这两个比例的多个物理因素普朗克常数h（H = 6.626 10 ^-34J·S）的接触.

E = HV,E = MC ^ 2,联立方程得到：M = HV / C ^ 2（这是相对论质量的光子,光子,因为光子不能是静态的,没有静止质量）P = MC

P = HV / C（p是势头）

编辑本段历史

成熟,在十九世纪末,原子理论的抬头,根据原子理论的观点,物质的微小粒子 - 原子.如原来的被认为是流体的电气阴极射线实验表明,由汤普森太阳称为电子粒子组合物.因此,人们认为,大部分的物质是由粒子.在同一时间,波被认为是另一种存在的物质.波浪理论已经相当深入的研究,包括干涉和衍射等现象.光托马斯杨氏双缝干涉实验,以及显示的夫琅和费衍射特性,清楚地表明,它是一个波动.

但是,在20世纪的到来,这一观点已经面临着一系列的挑战.于1905年,阿尔伯特·爱因斯坦的光电效应,显示出光的粒子性的一面.随后,电子衍射预测和确认.这再次证明了原有的粒子的电子波动.

波和颗粒困扰,终于在二十世纪初量子力学的建立来解决,所谓的波粒二象性.它提供了一个理论框架,使得任何物质,在某些情况下,能够证明这两个属性.的量子力学性质,所有的粒子,如光子,电子或原子,可以用一个微分方程,如薛定谔方程来描述.解这个方程中的波函数,它描述的颗粒的状态.波函数的叠加,即,他们可以像波相互干涉和衍射.波函数在同一时间,也被解释为描述的颗粒出现在一个特定的位置的概率幅.以这种方式,在粒子和波动是统一的解释. />理由为什么小于在日常生活中观察到的物体的波动,因为它们的质量过大,导致的特性波长比观察到的限制,所以可能发生的波动性的经验规模要小得多在日常生活以外的范围.这是为什么经典力学可以很好地解释自然现象.相反,基本粒子,其质量和规模决定了他们的行为主要是由量子力学描述,从而相去甚远的,我们都习惯了.

编辑本段惠更斯和牛顿早期的光理论

由惠更斯开发早的光理论,他提出了光的波动理论解释,光波如何形成波沿直线前.理论可以解释折射现象.然而,这一理论已经在某些方面遇到困难.因此,它很快就化做了艾萨克·牛顿的粒子理论.牛顿认为,光的微小粒子组成,所以,他能够解释这种现象的反思.他可能会有点麻烦解释这种现象折射的镜头,和太阳光通过棱镜分解为彩虹.

牛顿无与伦比的学术地位,他的理论在一个多世纪以来,没有人敢挑战惠更斯人的理论逐渐被遗忘.直到十九世纪初,衍射现象发现,光的波动理论被重新确认.轻波和粒子的争论一直没有平息.

编辑本段菲涅尔,麦克斯韦和年轻的

19,20世纪初,由托马斯·杨和奥古斯丁 - 吉恩菲涅尔双缝干涉实验证明惠更斯原理的实验原理：这些实验表明,当光线穿过网格,它是可以观察到一个非常类似的行为干扰水波的干涉图案.另外,通过这些样式可以计算出光的波长.詹姆斯·克拉克·麦克斯韦方程在本世纪末,揭示其本质的电磁波.公式得到的结果,电磁波的传播速度是光的速度,这使得光的解释电磁波被广泛接受,惠更斯理论也经过了重新确认.

编辑本段爱因斯坦和光子

1905年,光电效应,爱因斯坦提出了一个理论来解决光的波动理论无法解释这种现象之前.他介绍了一个光子,量子光能进行概念.

光电效应,人们观察到束光照射到某些金属电路中产生电流.可以推断出是一种轻金属电子的发挥,使他们移动.然而,还观察到,对于某些材料,即使一束微弱的蓝色也可以产生电流,但不管如何强烈的红色不能被绘制,其中电流.根据它携带的能量对应的波浪理论,光的强度,从而眩光必将能够提供更多的能量电子撞击.然而,预期的事实,发生相反的情况.

爱因斯坦解释为一种量子效应：电子光子打到金属,每个光子携带的能量E的一部分,这种能量相当于光的频率ν：E =hν的

这里h是普朗克常数（6.626所述10 ^ -34 JS）.的光束的颜色是由频率的光子,光的强度是由光子的数量.由于量化的效果,每一个电子只能整个配发接受光子的能量,因此,只有高频率的光子（蓝色,红色）的能力,达到电子.

爱因斯坦获得了诺贝尔物理学奖,在1921年,因为他的光电效应理论.

编辑本段光电效应方程

é= HV,光线照射原子中的电子吸收的能量来克服工作功能,逃脱原子.电子动能EK = HV-W0,W0逃生原子所需的电子逸出功.这是爱因斯坦的光电效应方程.

编辑本段德布罗意设

1924年, - 维克多?德国?德布罗意指出,原子中电子的稳定的运动需要引入整数来描述,而另一个涉及整数物理现象,例如,建议作为光具有波粒二象性,物理粒子具有类似构造德布罗意设干扰和抗振正常模式波粒二象性.他将联系波长λ和动量p：λ= H / P

这是一个概括的爱因斯坦方程,因为光子的动量p = E / C（c为光速）,而λ= C /ν.

德布罗意方程三年后由两个的电子散射实验证实电子（静止质量）的身体.在贝尔实验室约瑟夫·戴维森和莱斯特·亥尔波特杰默低速电子束单晶镍单晶衍射电子发射,测量电子的德布罗意波长公式.在阿伯丁大学,乔治·佩吉特汤姆森多晶体金属箔类似的X射线衍射图样多晶高速电子通过确凿的证实了电子的波动性;后来,有其他的实验观察到的氦原子,氢分子和中子衍射现象,微观粒子的波动性已被广泛证实.根据波动的微观粒子的电子显微镜,电子衍射和中子衍射技术的发展,已成为检测材料的微观结构和晶体结构分析的有力手段.

德布罗意在1929年,因为这个设被授予诺贝尔物理学奖.汤姆森和戴维森,因为分享了1937年诺贝尔物理学奖,他们的实验工作.

问题,如何统一的光线和微观粒子的波粒二象性是人类认识史上令人困惑的问题,到目前为止,我们不能说这个问题得到了解决. 1926 M.出生概率波解释了解决这个问题.根据用来描述粒子波动的波函数Ψ（X,Y,Z,T）的概率波解释是概率波,而不是任何特定的物质波,波函数的平方的|ψ| 2 =ψψ表示在时刻t中的x,y,z出现上面的粒子的概率密度,ψ表示共轭波函数ψ.通过电子干扰实验的两个孔的概率,|ψ| 2 = |ψ1+ψ2| 2 = |ψ1| 2 + |ψ2有实际意义| 2 +ψ1ψ2+ψ1ψ2,实力|ψ| 2大的地方颗粒大,相应的粒子数多,强度弱的|ψ| 2小的概率出现,出现颗粒小,相应的粒子数少,ψ1,ψ2+ψ1ψ2准确地反映件的干涉效应,无论实验是根据大的颗粒流强度的条件,或弱的粒子流,使粒子由一个喷射,反复实验,这两种的结果所产生的干涉条纹是相同的.

粒子流较弱,颗粒一件事反复实验表明微观粒子波动干扰的影响,是不是有很多的粒子聚集的性质,个别粒子的波动.因此,在一方面中,所述颗粒是不可分割的,另一方面,在两孔在同一时间工作的两个孔的实验,因此,它并没有意义谈论它跟踪的微观粒子的运动.

微观粒子具有波粒二象性,遵守法律的微观粒子的运动是从宏观物体的运动规律不同,也不同于经典力学描述微观粒子的量子力学的运动规律来描述宏观物体的运动规律.

解决量子力学粒子问题的薛定谔方程往往归结为薛定谔的解决方案?薛定谔方程薛定谔方程.薛定谔方程被广泛应用于原子物理,核物理和固体物理,原子,分子,核电,稳健的业绩和实际井解决了一系列的问题.

薛定谔方程只适用于非相对论性粒子速度不是很大,其中不包含的粒子自旋的描述.考虑相对论效应时,中Schr?薛定谔方程所取代相对论量子力学方程,这自然包含了粒子的自旋.

.薛定谔提出了量子力学的基本方程.成立于1926年.这是一个非相对论的波动方程.它反映了法律的状态来描述微观粒子的变化随着时间的推移,在量子力学中相当于牛顿的经典力学定律,是量子力学的基本设之一.设置描述微观粒子状态的波函数Ψ（R,T）,微观粒子质量为m的薛定谔方程在势场U（R,T）的运动.由于初始条件和边界条件,和波函数满足单值,连续条件有限,可以解决波函数Ψ（R,T）.因此,计算的概率分布的颗粒和任何可能的实验的平均值（预期）.当电位函数U不依赖于时间t的,具有确定的能量的粒子,粒子的状态被称为静止的状态.稳态波函数可以写成Ψ（R）被称为稳定状态的波函数满足薛定谔方程,这个方程被称为内在的数学方程,其中E是内在价值,是稳态的能量,Ψ（R ）,也被称为本征函数属于特征值E.

解决粒子的问题往往可以归结为求解薛定谔方程或薛定谔方程的量子力学.薛定谔方程被广泛应用于原子物理,核物理和固体物理,原子,分子,核电,稳健的业绩和实际井解决了一系列的问题.

薛定谔方程只适用于非相对论性粒子速度不是很大,其中不包含的粒子自旋的描述.考虑相对论效应时,中Schr?薛定谔方程所取代相对论量子力学方程,这自然包含了粒子的自旋.

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