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n例如,发射台不断向接受者发射脉冲信号,无论接受者是静止还是在运动,他接收到脉冲的个数是相同的。所以,相位是一个不变量,对不同的观察者不变。这可以通过洛伦兹变换来证明,但在牛顿力学中,根据伽利略变换与多普勒效应无法保证相位不变性。
n相位不变性是德布罗意发现的,它是研究电磁场的相对论效应乃至量子理论的基础。
在闵可夫斯基背景时空中,由局域惯性系的静电学定律就可以建立电动力学的理论体系,闵氏时空的间隔不变性自动导致光速不变与电磁学的洛伦兹协变性§1.2 基本观念
1, 基本图像:de Broglie关系与波粒二象性
1905年Einstein通过提出下列关系
Eh==νωh,kehec
Epvhv
vv===λ (1.9)
(这里π
2h
=
h),引入光子的概念。这在原先认为光是电磁波的图象
上添加了粒子的图象,这已由上节第一组实验所证实。于是,若知道等式右边的波动参数ω和k,便可用这组关系求得它左边的量所相应的微粒子特性。经过18年之久,de Broglie克服积习的约束,逆过来理解这组关系,将上面这组关系从针对m=0的情况推广到m≠0的情况,提出原先是微粒的微观粒子也具有波动性1,
1
Louis De Broglie, Waves and Quanta, Nature, Vol.112, 540 (1923)。
9
ω=E
h,vvh
kp=, (1.10)
就是说,若已知等式右边的粒子参数E和pv
,便可由这组关系式求得
该粒子所具有的波动特性。上面两组关系式的中间桥梁便是Planck常数h,形象地写出便是
(,)(,)Epkvvh
←→⎯ω
公式(1。10)便是常说的de Broglie关系。其中关于波长的第二个公式已为上节第二组实验所证实,而关于频率的第一个公式则被原子光谱实验所证实。注意,这组de Broglie关系是物质世界的普遍规律。其中将两种图象联系起来的Planck常数h数值很小,是波粒二象性可以显现出来的标度。假如在所研究问题中能够认为h→0,波和粒子便截然分开,波粒二象性的现象便可以忽略。比如,由原先粒子的
(,)Epv
,利用(1.10)第二式便得到λ→0,与此粒子相联系的波动性便可以忽略。于是可以说,经典力学是量子力学当h→0时的极限情况。当然,这里h→0是相对而言,并非真要(本就是常数的)h变小,而是要求研究对象的动量p足够大(从而波长λ足够短),以及运动涉及的空间尺度l足够大,使得
pl<<h
即可。简单些说,可以按Planck常数h在所研究的问题里能否忽略,决定波粒二象性是否表现出来,进而决定经典与量子的界线。于是,经典力学只不过是其研究对象的能量、动量以及运动的空间尺度如此之大,使得h的作用可忽略情况下的力学。
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