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    實物粒子的波粒二象性

    2016/11/3 15:15:55

    愛因斯坦提出光的粒子性后,路易·維克多·德布羅意做了逆向思考,他在論文中寫到:19世紀以來,只注重了光的波動性的研究,而忽略了粒子性的研究,在實物粒子的研究方面,是否犯了相反的錯誤呢?1924年,他又注意到原子中電子的穩定運動需要引入整數來描寫,與物理學中其他涉及整數的現象如干涉和振動簡正模式之間的類似性,由此構造了德布羅意假設,提出正如光具有波粒二象性一樣,實物粒子也具有波粒二象性。他將這個波長λ和動量p聯系為:λ=h/p=h/mv;m:質量,v:頻率,h:普朗克常數。

    這是對愛因斯坦等式的一般化,因為光子的動量為p = E / c(c為真空中的光速),而λ = c / ν。

    德布羅意的方程三年后通過兩個獨立的電子散射實驗被證實。在貝爾實驗室Clinton Joseph Davisson和Lester Halbert Germer以低速電子束射向鎳單晶獲得電子經單晶衍射,測得電子的波長與德布羅意公式一致。在阿伯丁大學,G.P湯姆孫以高速電子穿過多晶金屬箔獲得類似X射線在多晶上產生的衍射花紋,確鑿證實了電子的波動性;以后又有其他實驗觀測到氦原子、氫分子以及中子的衍射現象,微觀粒子的波動性已被廣泛地證實。根據微觀粒子波動性發展起來的電子顯微鏡、電子衍射技術和中子衍射技術已成為探測物質微觀結構和晶體結構分析的有力手段。

    德布羅意于1929年因為這個假設獲得了諾貝爾物理學獎。湯姆孫和戴維遜因為他們的實驗工作共享了1937年諾貝爾物理學獎。

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