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解密暗物质共有400集,此为第209集。
物质波也被称为德布罗意波,是量子力学理论的核心内容。在光具有波粒二象性的启发下,法国物理学家德布罗意在1924年提出一个假说,指出不是只有光子才有波粒二象性,一切微观粒子,包括电子和质子、中子,都有波粒二象性。
1925年4月,在美国纽约的贝尔电话实验室,戴维逊和革末做了一个有关电子的实验。采用一束电子流轰击一块金属镍。实验要求金属的表面绝对纯净,所以戴维逊和革末把金属放在一个真空的容器中,以确保没有杂质混入其中。然而,这个真空容器因为某种原因发生了爆炸,空气一拥而入,迅速氧化了镍表面。当时,去除氧化层需要对金属进行高热加温。金属是由许许多多块小晶体组成的,而在加热之后,整块镍融合成了一块大晶体。虽然在表面看来,两者并没有太大的不同,但是内部发生剧变。当电子通过镍块后,产生了X射线衍射图案。但该过程并没有X射线,只有电子。电子在前进时,总是伴随着一个波。德布罗意把这种波称为相波,这被后人称为德布罗意波。
量子力学认为物质没有确定的位置,在不测量时,它出现在哪里都有可能,一旦测量就得到它的其中一个本征值即观测到的位置。对其他可观测量亦呈现出一种分布,观测时得到其中一个本征值,物质波于宏观尺度下表现为对概率波函数的期望值。
物质在空间某点某时刻可能出现的概率大小受波动规律支配。比如一个电子,如果是自由电子,那么它的波函数就是行波,它有可能出现在空间任何一点,每点概率相等。如果被束缚在氢原子里,并且处于基态,那么它出现在空间任何一点都有可能,在波尔半径处概率最大。
实际上,微观粒子没有什么特别,单个粒子运动都不是波动的,电场和磁场中的粒子都能提前预测其速度、位置和轨迹。威尔逊云室记录的粒子轨迹都符合宏观物质的运动规律。电场、磁场、威尔逊云室里粒子的运动轨迹并不比任何空中飘浮尘埃的运动轨迹复杂。
无论您采用任何方法记录微观粒子的运动轨迹,都可以发现所有微观粒子的运动与宏观物质没有任何本质区别。完全可以用经典力学描述,比如直线运动,回旋,碰撞等进行描述。
电场中的粒子、磁场中的粒子和威尔逊云室中的粒子并没有任何一次走出轨道之外。并且微观粒子的基本方法还是基于“碰撞”,关于粒子的碰撞依然使用经典力学,即动量和能量守恒。也就是说任何粒子或质点的动力学计算,也都必须采用经典力学进行计算。
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