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量子力学的新篇章,德布罗意预言电子是一种波

  自普朗克得出黑体辐射方程,引入全新的量子理论思想成功解决黑体辐射问题,量子力学宣布诞生。但是,在量子力学发展初期,由于大多数科学家偏于保守,还陶醉在牛顿以及麦克斯韦的理论体系当中,对普朗克的理论并没有展现出巨大的探索热情,量子力学的发展一直停滞不前,到了1913年,玻尔提出玻尔模型,用玻尔理论成功解释氢原子光谱线现象,量子力学才被人们重新审视,开始进入高速发展时期。

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  但是,玻尔理论非常具有局限性,它只能使人知其然而不能知其所以然。它只能告诉你,电子只能具有量子化的能级和轨道,但是,为什么电子必须是这样并且只能是量子化的结果?它不能回答。并且玻尔理论只适用于只有一个电子的原子模型,对于多个电子的原子光谱线问题,以及光谱线的强度、宽度和偏振等问题,玻尔理论都无法解释。

量子力学的新篇章,德布罗意预言电子是一种波

  其实归根结底,玻尔理论本身还是摆脱不了经典物理理论体系的束缚,只是在一些旧的理论上引入全新概念,玻尔理论虽然可以算是革命的,但是革命得还不够彻底,还带有旧理论的面孔,只能说玻尔理论属于“半经典半量子”,只是“旧瓶装新酒”而已。因此,玻尔理论取得的胜利光芒非常短暂,只能说是昙花一现。

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  后来,正当玻尔为自身理论不足以说明所有问题而陷于泥潭之中无法自拔时,新的量子革命果实正在酝酿当中。20世纪初的法国,一名叫做德布罗意的法国贵族对当时量子力学的发展有新的看法。此人也算得上是当时法国科学界量子力学研究的先驱,但他原本不是学习物理,而是进行历史学方面的研究,由于被当时物理学的前沿量子力学的发展激发极大的兴趣而转学物理。

量子力学的新篇章,德布罗意预言电子是一种波

  德布罗意研究原子问题时(20世纪初的法国很少有物理学家投身到量子的研究当中),根据爱因斯坦的相对论以及量子力学当时的发展成果,得到电子的频率公式,进而推导出对应的波长公式,并且大胆预言:电子就是一个波。

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  德布罗意把这一想法写成了论文,并作为他的博士学位的答辩论文,当时答辩委员会委员都不以为然,后来经爱因斯坦审阅后得到很高的评价,爱因斯坦认为德布罗意所做的工作恰恰打开了全新领域的一角。

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  后来事实证明德布罗意的预言是正确的,正如爱因斯坦所言,德布罗意波的发现为后续薛定谔等人的开创性工作奠定重要基础,为量子力学的发展展开新的篇章,是量子力学波动版本的根基,相比量子力学矩阵版本这个超级数学代数而言,波动版本更易操作,描述更贴近物理本质,这一切都依赖于德布罗意波的发现。

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