说起德布罗意的物质波物质波,就不得不提他那被评为史上最牛结业论文了,而德布罗意物质波的概念,就是出自此论文。
德布罗意家族显赫,其妻子当过日本首相和外交科长等职。所以生活环境的丰厚导致了德布罗意成为类似于现今“王思聪一样的国民媳妇的待遇”。不过,惟一和思聪不同的是,德布罗意非常聪明。除了他,他的弟弟也是聪明至极,是实验化学学家,还是美国公爵兼法国郡王,地位十分显赫。而德布罗意专科是历史学专的,后来实在闲着无趣去读了5年博士,最后交的博士论文居然是一页纸!!!该论文给出了德布罗意波动多项式,并且怎奈太诡异听闻,其导师朗之万担心过不了,所以把德布罗意的论文寄送给了爱因斯坦求其给与支持,给爱的信中写道:“请您给此论文一个评价,顺便给您介绍一下,此论文作者母亲是敝国内阁厅长,如您不惜给出评价,相信您来敝国一定会收到隆重接待”。
德布罗意
这样的信其实是带有逼迫劝诱的,不过爱因斯坦见到德布罗意的创造性思维以后,真的给与其了高度评价:“揭开了改领域大幕的一角”。有了爱因斯坦的支持,德布罗意的论文立刻收到了化学学界的关注,非常是当时还是一位郁郁不得志的讲师薛定谔听到后,受到启发。闭关了整整一年,悟出了绝世大作:薛定谔波动多项式。从此,德布罗意关于物质波的描述除了帮助其顺利领到了博士论文,并得了诺贝尔奖;还改变了薛定谔的命运,使其三跃成为当时最知名的量子化学学家之一,并因而也获得了诺贝尔奖。一页纸的博士论文,帮助两个人活得诺贝尔奖,也算是前无古人后无来者了。
爱因斯坦
德布罗意波,指的是微观粒子而非宏观物质的波
言归正传,德布罗意波动多项式正是参考了光的波粒二象性实验而提出的物质波,他觉得不仅仅是光,其它微观粒子也具有波动性。注意,这儿是微观粒子,并不是说的宏观物质。其实了,如今把德布罗意的波动概念拓展到宏观物质也行,例如一个运动的车辆,并且如此估算出来,其波长会远大于普朗克宽度,显得毫无意义。所以,德布罗意波动多项式比较适宜微观基本粒子,例如质子、中子、电子等质量很小的粒子,这样得出的波长是小于普朗克宽度的,是有意义的。例如我们通过估算,可以得到200ev电子的波长是0.87埃,即0.087nm,远远大于通常晶体的晶格宽度。所以,想要认清楚电子的衍射图形,须要使用特殊的晶体做衍射光栅才行。而物质波的证明,也正是借助这些方法。
物质波波长公式
德布罗意波是机率波,并非真实的机械波
尽管德布罗意得出了物质波的波长公式,提出了物质波概念,薛定谔据此得出了量子的波动多项式,并且那位两自己都没有厘清楚自己所提出概念的数学意义。直至过去许久,才有化学学界玻恩给出了物质波的数学学意义,即物质波是机率波,它表示微观粒子在空间上某个点出现的机率。比如德布罗意电子波,就是电子在空间某点出现的机率波,可以用一个机率函数来表示,即薛定谔多项式。可惜的是,薛定谔仍然不承认玻恩对自己波函数的解释,他和爱因斯坦一样,都觉得上帝不会掷色子来决定宇宙怎样运行。
薛定谔和德布罗意波
德布罗意波在实际生活中的应用实例
好多人认为德布罗意波就是一个艰深难懂的化学学公式而已,在现实生活在毫无益处。但是并非这么,德布罗意波在个别科技领域给与了我们极大帮助,例如我们如今码率最高的使用最广泛的显微镜(电镜):透射电镜,就涉及到了德布罗意波。
透射电镜原理图
我们都晓得,显微镜的码率公式为:σ=λ/N;式中σ为最小区分距离;λ为光线的波长;N为目镜的数值孔径。由于可见光的波长有一个最小值,所以想要提供显微镜码率只才能加强目镜的数值孔径。并且目镜再改建和优化。其数值孔径也有一个极限值。所以很长一段时间内,科学家对此毫无办法,想要认清楚物质的围观形貌,简直难于上青天。
纳米颗粒形貌-透射电镜图
杂化纳米颗粒-投射电镜图
球状纳米金颗粒-投射电镜图
好在德布罗意波出现了,德布罗意波可以是基本粒子波,这种粒子的波比光子小的多,所以假如使用这种粒子波,这么显微镜的帧率无疑会提高好多倍。所以,科学家经过论证,发明了借助电子束作为波的电子投射显微镜(投射电镜),借助这些电镜,我们可以认清楚好多物质的微观形貌,其码率可以达到埃米级!而现今纳米科技这么蓬勃发展,这和投射电镜是完全分不开的。
所以德布罗意的贡献,是划时代的,无与伦比的。向德布罗意致敬!