德布羅意方程組- 維基百科,自由的百科全書
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德布羅意方程組
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此條目介紹的是德布羅意方程組本身。
關於具體物理學闡釋,請見「物質波」。
德布羅意方程組是描述物質波的方程組。
德布羅意方程組描述了波長
λ
{\displaystyle\lambda}
與動量
p
{\displaystylep}
、頻率
ν
{\displaystyle\nu}
與總能
E
{\displaystyleE}
之間的關係。
路易·德布羅意受光的波粒二象性啟發,認為微觀粒子也有波粒二象性。
描述波的物理量為頻率、波長;而描述粒子的物理量為能量、動量。
德布羅意方程將這兩組物理量聯繫在一起。
目次
1德布羅意方程組(ThedeBroglieRelations)
2方程推導
3低速近似
4參考資料
德布羅意方程組(ThedeBroglieRelations)[編輯]
德布羅意方程組:
p
=
ℏ
k
{\displaystylep=\hbark}
E
=
ℏ
ω
{\displaystyleE=\hbar\omega}
其中
ℏ
=
h
/
2
π
{\displaystyle\hbar=h/2\pi}
為約化普朗克常數
k
{\displaystylek}
為波數
ω
=
2
π
ν
{\displaystyle\omega=2\pi\nu}
為角頻率
於是可以得到另一種表示方式:
p
=
h
/
λ
{\displaystylep=h/\lambda}
E
=
h
ν
{\displaystyleE=h\nu}
方程推導[編輯]
本段落描述的推導是諸多合法的推導的其中一種,它以質能方程和普朗克關係式為基礎,進行替換和變形得到結果。
首先,引入愛因斯坦著名的質能方程:
E
=
m
c
2
{\displaystyleE=mc^{2}}
然後,引入普朗克關係式:
E
=
h
ν
{\displaystyleE=h\nu}
德布羅意認為粒子與波具有相同的特性(即在物質世界的量化描述中二者可以被視作是同一的),故他假設二者的效能是等同的:
m
c
2
=
h
ν
{\displaystylemc^{2}=h\nu}
由於實際粒子並非以真空光速遊動,故德布羅意用v代替c(光速),得到
m
v
2
=
h
ν
{\displaystylemv^{2}=h\nu}
以
v
/
λ
=
ν
{\displaystylev/\lambda=\nu}
,得到:
m
v
2
=
h
v
/
λ
{\displaystylemv^{2}=hv/\lambda}
即為波長與粒子速度的關係式。
於是有:
λ
=
h
v
/
m
v
2
=
h
/
m
v
=
h
/
p
{\displaystyle\lambda=hv/mv^{2}=h/mv=h/p}
因此得出:
p
=
h
/
λ
{\displaystylep=h/\lambda}
低速近似[編輯]
上述推導是普適的,然而在微觀低速的情況下,人們難以直接得到微粒的動量,因此也難得微粒的德布羅意波長λ。
幸而在低速條件下有E=p2/2m,
所以此時德布羅意波長可以由動能和微粒質量表出
λ=
h
p
{\displaystyle{{h}\over{p}}}
=
h
2
m
E
{\displaystyle{{h}\over{\sqrt{2mE}}}}
參考資料[編輯]
取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=德布罗意方程组&oldid=71725796」
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