1樓說的不對,其實單個微粒就可表現(xiàn)出波動性,不需要大量微粒!
2樓說得很準(zhǔn)確.我再補充幾句——
物質(zhì)波,就是幾率波,指空間中某點某時刻可能出現(xiàn)的幾率.比如一個電子,如果是自由電子,那么它的波函數(shù)就是行波,就是說它有可能出現(xiàn)在空間中任何一點,每點幾率相等.如果被束縛在氫原子里,并且處于基態(tài),那么它出現(xiàn)在空間任何一點都有可能,但是在波爾半徑處幾率最大.對于人也一樣,你也有可能出現(xiàn)在月球上,但是和你坐在電腦前的幾率相比,是非常非常小的,以至于不可能看到這種情況.這些都是量子力學(xué)的基本概念,非常有趣.
也就是說,量子力學(xué)認(rèn)為物質(zhì)沒有確定的位置,它表現(xiàn)出的宏觀看起來的位置其實是對幾率波函數(shù)的平均值,在不測量時,它出現(xiàn)在哪里都有可能,一旦測量,就得到確定的位置和它的平均值(平均值需要多次測量或大量同類對象的一次測量).
下面是我先前對某個相關(guān)話題的解說,建議你看看,我覺得對于你進一步理解和想象波粒二象性會有一點兒用——
盡管日常語言無法精確地描述奇異的微觀世界,但我們所熟悉的語言還只有日常語言;微觀世界我們從未真正的體驗過,所以我們沒有微觀語言.目前最好的語言就是數(shù)學(xué)公式的推演了,而一切描述性的關(guān)于微觀圖像的說法都是似是而非的.但是既然我們不能很專業(yè)地只討論數(shù)學(xué),那我們還是要使用一些形象化的日常語言盡力對微觀世界進行一些一鱗半爪式的描述.以下的描繪肯定不是精確的,但有一定的啟發(fā)性.
我通常是這樣來想象一個自由的、且近期尚未與別的粒子相互作用過的微觀粒子——它是一團云霧和一個點粒子的統(tǒng)一體,這團云霧的尺度大約就是該粒子的德布羅意波長的大小,點粒子在這團云霧的范圍內(nèi)(嚴(yán)格來說,它應(yīng)遍布全空間,但超出這個云霧范圍的幾率很小,暫時忽略不計)忽而出現(xiàn)在這里、忽而又在那里冒出(某一片刻,粒子在此處向真空交出了它的全部能量從而“融化”到真空里;下一個片刻,另一處的真空又突然給出一些能量“重塑”了這個粒子),這種極快速的、隨機的在不同位置的“生生滅滅、進進出出”正表現(xiàn)出一團云霧的樣子.
接下來看我特別選定的三種電子:1)熱電子——其動能等于室溫下電子的平均動能,其德布羅意波長約為6納米(10^-9m);2)低能電子——其動能等于130幾伏特的電場中獲得的能量,其德布羅意波長約為1埃(10^-10m),這差不多正是一個氫原子的尺度;3)高能電子——其動能等于一萬五千億伏特(10^12V)的電場中獲得的能量,其德布羅意波長約為1費米(10^-15m),這差不多正是一個質(zhì)子或中子的尺度.
再看這三種電子在原子面前的表現(xiàn):1)熱電子這團云霧在尺度上比氫原子大近百倍,而橫截面積則大上千倍,它倆相遇有點兒像飛機穿過一大塊積雨云,彼此幾乎都沒啥變化.當(dāng)然還是有一點兩者產(chǎn)生相互作用的幾率(這種作用的細(xì)節(jié)與下述第二種情況類似).2)低能電子這團云霧的尺度與氫原子相當(dāng),它將產(chǎn)生不少與相互作用有關(guān)的后果,只有一點幾率是繞過原子就像第一情況那樣.學(xué)習(xí)過量子力學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容的人都會記得一維條件下的入射平面波經(jīng)過有限高有限寬的勢壘(或有限深有限寬的勢井)后部分反射部分透射(或陷入井中被約束)的情景,現(xiàn)在原子中的繞核電子對外來低能電子來說就有點像勢壘,而其中的原子核就象勢井,雖是三維情況,但大體仍是反射、透射及約束這三種情況.碰到原子后的電子云霧變得復(fù)雜:它開始隨時間而不斷擴展,一部分向入射的反方向擴展,這對應(yīng)著反射波,也就是對應(yīng)著反彈回去的幾率;還有一部分“隧穿”過原子,即透射波;還有一小部分變成圍繞核的電子云,對應(yīng)著形成負(fù)離子的幾率;還有很小很小的一部分深入核中(詳見下述).3)高能電子的那團云霧相當(dāng)集中,對原子繞過、反射、透射等的幾率都很小,它就像一根針,輕易即可刺破原子這個“大氣球”而深入核中甚至質(zhì)子或中子之中.電子與核子的相互作用基本上仍是電磁的,不必考慮強相互作用,因為電子根本就不帶色荷.質(zhì)子帶正電,對電子就相當(dāng)于勢井.中子雖不帶電,但它有磁矩,可相當(dāng)于微弱的勢井或勢壘.夸克有帶電,也相當(dāng)于勢井或勢壘.它們對電子都會出產(chǎn)生反射透射等的影響.這么高能的電子可通過弱作用(弱電統(tǒng)一的能標(biāo)已基本達(dá)到)創(chuàng)造一系列正反夸克對(它們形成新粒子)導(dǎo)致更復(fù)雜的局面(我也不清楚,就不能繼續(xù)說了)……
但愿能對你有所啟發(fā),但肯定不會使你完全明白的.玻爾曾說:“如果誰沒被量子力學(xué)搞得頭暈,那他就一定是不理解量子力學(xué).”愛因斯坦說:“我思考量子力學(xué)的時間百倍于廣義相對論,但依然不明白.”
波動性與粒子性問題
波動性與粒子性問題
我們說電子具有波動性(即物質(zhì)波)并不是沿著波浪形的曲線前進.那么波動性表現(xiàn)為何種形式,怎樣理解,是否可想象?
我們說電子具有波動性(即物質(zhì)波)并不是沿著波浪形的曲線前進.那么波動性表現(xiàn)為何種形式,怎樣理解,是否可想象?
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