七、粒子的波粒二象性及德布罗意波长

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粒子波长波粒二象性简谐振动德布罗意 |
分类: 物理学 |
由于粒子是由以光速c沿半径为r的轨道作圆周运动的电量子构成的,故一个粒子也可看作是电磁量子的简谐振动,其运动状态可由简谐振动方程来等效地描述 (9) :
在上式中,用电量子的自旋半径r代替了振幅A ,R是指电量子的简谐振动幅度,其在X轴上的投影则反映了粒子内部的振动状态。
将电子的自旋半径r ,自旋频率v代入式 (3.19) 可得:
由上式可知,当
时,
;而当
时,
;在以上两种情况下,电量子的速度都恒等于光速,但其方向相反。因此,粒子可看作是一个内观速度等于光速的电磁量子简谐振动体系,当它处于运动状态时,必定也将伴随着相应的波动。
根据德布罗意的物质波波长公式,运动中的粒子应该具有波长:
将式(2.05)代入上式,得
上式是单个粒子的德布罗意波长公式,即粒子的德布罗意波长等于其自旋周长(康普顿波长)
乘以速度c与外观速度u的比值,即粒子的外观波长等于内观波长与速度角函数倒数的乘积。实质上,德布罗意波长的真正物理意义就是粒子在运动中内观波动性的外露,是粒子的外观波长。上式说明,当粒子的速度远低于光速时,主要表现为粒子性;当速度接近于光速时,则主要表现为波动性。
由于所有的粒子都由电磁量子的自旋运动构成,粒子的绝对大小应该由电磁量子的几何尺寸决定,但现代物理学目前还不能确定电磁量子本身的大小。目前折中的方案是,当速度远低于光速时,可将粒子看作是大小为自旋半径的点粒子;当速度接近于光速时,可看作是波长为自旋周长的无限小的点粒子。同理,其它粒子也不能看作是大小为自旋半径的点粒子。