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  • 1 # 唐文耀1

    題主在偷換概念。其實這是兩個不同的概念,德布羅意物質波並不代表實際的波動,而是指粒子出現在某一位置的機率,是機率波!普朗克長度是人類認知的最小長度,低於此長度的資料對於我們來講沒有任何意義和必要。

  • 2 # 講科學堂

    先改一下題目錯誤,應該是“物質波的波長會小於普朗克長度”。

    先說一下物質波(德布羅意波)

    路易.德布羅意是一個真正的貴7代,是第七代德布羅意公爵。上一代是他的哥哥(也是物理學家)。這傢伙從小就絕頂聰明,學啥會啥。讀完中學後不知道學啥專業,就跑去學了歷史。歷史學了半拉子,看了龐加萊寫的兩本科學著作後,發現自己愛上了物理學。然後就轉去學習物理,期間還當了兩年小兵,參加了第一次世界大戰。回來後繼續讀物理學專業。

    圖:路易.德布羅意

    1924年,在光具有波粒二象性的啟發下,德布羅意認為物質也具有這樣的屬性。於是他在博士論文中推匯出了物質波的公式:

    這個理論簡直是太超前,幾乎沒人相信這個理論。他的導師朗之萬也覺得太離經叛道了,於是就將論文寄給愛因斯坦看。愛因斯坦因為很忙,草草看了一下,給出了肯定的結論:“他已經掀起了面紗的一角”!

    有了愛因斯坦的支援,這一理論傳遍了物理學界。德布羅意也得到了他想要的博士學位。在三年後,這一理論就得到實驗驗證。而且啟發了 薛定諤寫出了薛定諤方程。

    這一理論說明了所有的物質都具有波粒二象性,而且宏觀物體同樣具有波動性。

    例如:一粒1千克的炮彈以每秒1000米的速度飛行(為了計算方便隨便設定的數字,軍事迷就不要槓了)。

    它的物質波波長就是:6.626×10∧-37米。這比原子的直徑10∧-15米還小,甚至比普朗克長度1.616×10∧-35還小。

    這裡再說一下普朗克長度的意義

    普朗克長度是理論上能夠探測的尺度下限。我們探測物體必須要發射一束電磁波到物體上,它會反射回來,並被探測到。這就像我們要看見一個物體時,物體反射的光進入我們的眼睛,我們才能看見它一樣。

    圖:普朗克

    物體太小時,必須發射波長更短的電磁波去探測它。波長就象卡尺一樣。但波長越短,它所含的能量就越高。

    這時,如果需要探測一個極小尺度的粒子,就需要發射一束波長極短的電磁波去探測。這個能量會高到撞擊到微小粒子時,粒子會成為一個量子黑洞。探測就失敗了~黑洞會吞噬掉光子。這個極小尺度就是普朗克長度:1.616×10∧-35米。所以,在物理學裡,低於普朗克尺度的長度是無意義的。

    需要注意的是,普朗克長度是一個計算值,而不是測量值。人類遠達不到測量如此之小尺度的能力。

    1千克炮彈飛行時的物質波波長低於普朗克長度,這並不是錯誤的。這隻能說明宏觀物體的物質波是理論上無法被探測到的。

  • 3 # 科學探秘頻道

    說起德布羅意的物質波,就不得不提他那被評為史上最牛畢業論文了,而德布羅意物質波的概念,就是出自此論文。

    德布羅意家族顯赫,其父親當過法國總理和外交部長等職。所以生活環境的優厚造成了德布羅意成為類似於現在“王思聰一樣的國民老公的待遇”。不過,唯一和思聰不同的是,德布羅意極其聰明。不僅他,他的哥哥也是聰明至極,是實驗物理學家,還是法國公爵兼德國親王,地位極其顯赫。而德布羅意本科是歷史學專的,後來實在閒著無聊去讀了5年博士,最後交的博士論文竟然是一頁紙!!!該論文給出了德布羅意波動方程,但是奈何太駭人聽聞,其導師朗之萬害怕過不了,所以把德布羅意的論文郵寄給了愛因斯坦求其給予支援,給愛的信中寫道:“請您給此論文一個評價,順便給您介紹一下,此論文作者父親是敝國內閣部長,如您不惜給出評價,相信您來敝國一定會收到隆重接待”。

    這樣的信顯然是帶有威逼利誘的,不過愛因斯坦看到德布羅意的創造性思維之後,真的給予其了高度評價:“揭開了改領域大幕的一角”。有了愛因斯坦的支援,德布羅意的論文立馬收到了物理學界的關注,特別是當時還是一位鬱郁不得志的講師薛定諤看到後,深受啟發。閉關了整整一年,悟出了絕世大作:薛定諤波動方程。自此,德布羅意關於物質波的描述不僅幫助其順利拿到了博士論文,並得了諾貝爾獎;還改變了薛定諤的命運,使其一躍成為當時最著名的量子物理學家之一,並因此也獲得了諾貝爾獎。一頁紙的博士論文,幫助兩個人活得諾貝爾獎,也算是前無古人後無來者了。

    德布羅意波,指的是微觀粒子而非宏觀物質的波

    言歸正傳,德布羅意波動方程正是參考了光的波粒二象性實驗而提出的,他認為不僅僅是光,其它微觀粒子也具有波動性。注意,這裡是微觀粒子,並不是說的宏觀物質。當然了,現在把德布羅意的波動概念拓展到宏觀物質也行,比如一個運動的汽車,但是這麼計算下來,其波長會遠小於普朗克長度,變得毫無意義。所以,德布羅意波動方程比較適合微觀基本粒子,比如質子、中子、電子等質量很小的粒子,這樣得出的波長是大於普朗克長度的,是有意義的。比如我們透過計算,可以得到200ev電子的波長是0.87埃,即0.087nm,遠遠小於一般晶體的晶格間距。所以,想要看清楚電子的衍射圖形,需要使用特殊的晶體做衍射光柵才行。而物質波的證明,也正是利用這種方式。

    德布羅意波是機率波,並非真實的機械波

    雖然德布羅意得出了物質波的波長公式,提出了物質波概念,薛定諤據此得出了量子的波動方程,但是這位兩自己都沒有搞清楚自己所提出概念的物理意義。直到過去很久,才有物理學界玻恩給出了物質波的物理學意義,即物質波是機率波,它表示微觀粒子在空間上某個點出現的機率。比如德布羅意電子波,就是電子在空間某點出現的機率波,可以用一個機率函式來表示,即薛定諤方程。可惜的是,薛定諤一直不承認玻恩對自己波函式的解釋,他和愛因斯坦一樣,都認為上帝不會擲骰子來決定宇宙如何執行。

    德布羅意波在實際生活中的應用例項

    很多人覺得德布羅意波就是一個晦澀難懂的物理學公式而已,在現實生活在毫無用處。然而並非如此,德布羅意波在某些科技領域給予了我們極大幫助,比如我們現在解析度最高的使用最廣泛的顯微鏡(電鏡):透射電鏡,就涉及到了德布羅意波。

    我們都知道,顯微鏡的解析度公式為:σ=λ/N;式中σ為最小分辨距離;λ為光線的波長;N為物鏡的數值孔徑。因為可見光的波長有一個最小值,所以想要提供顯微鏡解析度只能夠加大物鏡的數值孔徑。但是物鏡再改造和最佳化。其數值孔徑也有一個極限值。所以很長一段時間內,科學家對此毫無辦法,想要看清楚物質的圍觀形貌,簡直難於上青天。

    好在德布羅意波出現了,德布羅意波可以是基本粒子波,這些粒子的波比光子小的多,所以如果使用這些粒子波,那麼顯微鏡的解析度無疑會提升很多倍。所以,科學家經過論證,發明了利用電子束作為波的電子投射顯微鏡(投射電鏡),利用這種電鏡,我們可以看清楚很多物質的微觀形貌,其解析度可以達到埃米級!而現在奈米科技如此蓬勃發展,這和投射電鏡是完全分不開的。

    所以德布羅意的貢獻,是劃時代的,無與倫比的。向德布羅意致敬!

  • 4 # 聊天選手九段

    物體在運動過程中的狀態是不規則慣性的,也會產生物質波、引力波。光不是波粒狀的,光是一束一束的,光子隨同光束一同運動,電子也是一束一束運動的。

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