Saturday, April 4, 2015

经典力学是量子力学当h→0时的极限情况 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:研究小球作任何宏观机械运动时,与这个波长相联系的波动性质(也就是与小球运动相关的量子效应)完全可以忽略

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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


综上所述,不论静止质量为零和不为零的微观物质,都普遍存在波粒二象性。这两种截然不同的属性通过Planck常数连结成为de Broglie关系,统一在所有微观物质上。对初学者而言,波粒二象性是理解微观物质普遍属性的基本图象,也是初学者理解量子力学的基本图象。
然而,这种波粒二象性的基本图象,使初学者常常感到迷惑和不习惯。产生迷惑和不习惯的原因是,他们所经历的全部宏观物理现象中h都是可以忽略的,不存在这种二象性:波就是纯粹的波,粒子就是道地的粒子


波性和粒子性都是电子所具有的属性,当它表现出两种属性的时候,人们不应当追问它“到底归属于”什么属性,只应当追问:它在什么样实验条件下表现出类似于经典波的性质,在什么样实验条件下表现出类似于经典粒子的性质。电子既不是经典的波(波包),也不是经典的粒子(弹丸)。只能说它有时象经典波,有时又象经典粒子。“象什么”这种提法的前题就是“不等同”。归根到底,电子就是电子本身!电子波粒二象性这种多少有些古怪的图象,是由于我们使用了经典类比的方法,用宏观世界语言描述微观世界客体时所必然得到的一种并非贴切的图象。仿佛我们使用母语——中文词匯去理解英语词匯的情况。鉴于人们总是习惯用已有知识和经验去理解和描述新的东西,因此保留波粒二象性的图象还是有助于初学者的理解和形象思维,只是要注意不能过分执着和拘泥的去使用这种图象。这里,正如Young双缝实验所启示的,根本性的东西是几率幅,是有关几率幅的计算的理论,而不是借助经典语言所得出的波粒二象性图象。



对常用的非相对论电子、非相对论中子、光子,它们的de Broglie波波长和它们能量的关系式为
λeE=
1226
.                          λnE
=0286
.
      (1.11)
E
4
10241.1×=
γλ
这里E(对m≠0的粒子,E为其动能)的单位为eV,λ的单位为Ao

对宏观物体,如上所述,其波动性可以忽略。例如,1克小球,速度u=1米/秒,它的de Broglie波的波长为
 31106.6−×==
mu
h
λ米 显然,这个尺度,和小球本身尺度以及小球作宏观机械运动的空间尺度相比,完全可以忽略。从而,在研究小球作任何宏观机械运动时,与这个波长相联系的波动性质(也就是与小球运动相关的量子效应)完全可以忽略。

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