法国著名物理学家意1923在经过计算,得出了电子是一种波动的结论德布罗意。并把这种波称为——相波(phase wave),后人为了纪念他,也称其为“德布罗意波”。后人证明,此公式可以用于任何宏观物体或者微观粒子,故德布罗意波也被称为物质波
德布罗意波波长的公式:
其中的物理意义:
λ表示被求解的物体的波长;
c表示光速;
v表示物体的速度;
m表示物体的质量;
h为普朗克常量;
对于我们周围的宏观物体,波长至少在λ≈10^-20的量级以下。因为波长太小,宏观物体无法体现其波动性。
单个光子的能量和动量可表示为:
(h:普朗克常量;c:光速;λ:光的波长;f:光的频率)
根据狭义相对论的质能守恒公式,光子的能量又可通过如下方式表示。
两式联立
得到光子的波长与动量的关系式
德布罗意认为,实物粒子也遵循这些规律。当质量为m的实物粒子运动时,其具有能量E和动量p;在波动性方面,其具有波长λ和频率f。当推广到实物粒子时,将光子动量代换为实物动量,做出如下修正(考虑相对论情况):
(v:物体运动速度;m0:物体的静质量)
当实物粒子运动速度远小于光速(v<<c)时,公式退化为:
注:高中物理竞赛所用的《热学·光学·近代物理》在公式推广方面有些含糊。《普通物理学》阐述得较好
上面的过程可以推广到所有微观粒子,
p=γmv
E=γmc^2=hf
按照德布罗意的设想,E/p=c^2/v即是物质波的波速
又物质波频率为f=γmc^2/h,即得
λ=(c^2/v)/(γmc^2/h)=h/p
1)布罗意认为“任何物质都伴随着波,而且不可能将物质的运动和波的传播分开”。这就是说,波粒二象性,并不只是光才具有的特性,而是一切实物粒子都共有的普遍属性,原来被认为是粒子的东西也同样具有波动性。因而可以说,一切物质都有波动性。
于是德布罗意大胆地提出了物质波假设,动量为 (m为质量,v为速度)的粒子与一个波长为 的波动有着 的关系。这个关系后来被称为德布罗意关系,与粒子相联系的这种波称为德布罗意波。
2)公式是:普朗克常数=动量*波长
公式的含义是说一切物质都具有波粒二象性,而且此消彼长。
后期由于量子力学的哥本哈根派解释兴起,玻尔、海森堡等人提出互补原理和不确定原理,德布罗意为了使他的理论符合海森堡测不准原理,提出导波假设,认为一切粒子的周围空间弥漫着相应的波,此即德布罗意波
3)严格的推导和证明只能从普朗克出发,并加以上面的说明.其实你会发现把普朗克公式中的频率用波长和速度代换就得到了,不需要怎么推导,关键是对\”所有物质都存在与其相应的物质波\”这个抽象而又实在的问题的说明.是定性的,唯象意义上的说明.