上帝的骰子:电子双缝干涉实验有多诡异?量子的波函数如何理解?(上)

作者: admin 分类: 科学 发布时间: 2021-09-26 15:50

        各位同学大家好,我是李勇的老师,总有小朋友问我电子的双模干涉实验有什么神奇的地方?那今天呢我们在讨论一下这个问题,为了讨论电子的双梦干涉实验呢,我们必须从薛定谔方程说起。我们要研究一下什么是波函数。什么时候播函数呢?这个问题啊最早是在1913年,玻尔啊波尔为了研究氢原子的光谱的时候发现的。波尔发现呢说这个轻啊可以发出光啊,轻的光谱呢我们用分光器把它分开。你会发现亲发出的光只有一些特定的波长。

        其他的波长是没有的啊,呃这个波尔就说那为什么出现这种效果呢?还提出了一种假设啊,就叫清。氢原子的能量量子化假设氢原子量子化假设。啊,这个量子化假设是什么意思呢?他说呀说这个氢原子之所以发出这种波,是因为呢轻是由一个原子核和电子构成的。啊,这电子只有一个电子呢有很多种轨道电子可以在这个轨道跑,也可以跑到更高层的轨道去。啊,如果呢外界摄入了一个光进来,那电子呢就会向上乐天。啊,跑到上面那个轨道去了,那转着转着呢,有可能他又从高层轨道又跑回到第一层轨道,这样就会发光,对吧?就会发光。所以他发到光呢能量呢其实正好就是这两个轨道能量之差。

        而且他能够计算呢还得出这么个结论是dn其轨道半径等于N方倍的第一级轨道半径N是1234567。第一集轨道半径呢是0.53I啊。呢就是十的负10次方米,但是波尔的这个理论其实也有他的问题啊,他的问题在于什么呢?第一个就是电子为什么只能选择这个轨道或者这个轨道或者这个轨道,而不能选择他们中间。就是你这些轨道满足什么特殊的特点呢?第二个问题在于啊波尔的这个理论只能解释氢原子或者是氦离子,就是外边只有一个电子这样的原子,它可以解释。如果外部有两个垫子,比如说氦原子他都解释不了是吧?所以波尔的理论还是有他的问题,那么怎么去改进它呢?啊,这个时候呢有一个啊波动,说的一些人物就出来了。这个波动收集人物说什么呢?啊,比如说啊有一个人名字叫德布罗意。

        都不乐意啊得不乐意呢。在1924年的时候。啊,1924年的时候提出了物质波假说物质波。他说吧,我们以前一直认为啊电子是一种例子,对不对?但是呢垫子它是有波动性的啊,垫子有波动性,电子实际上很有可能是一团拨。只不过这团波特别稠密,你看起来好像是个威力一样,是吧?那这一团播在这个外边儿运动的过程之中啊,他必须形成驻波,也就是首尾得相接啊。那么我们会根据筑波一计算,就正好满足你这个结果。德布罗意提出啊,电子是有波动性的,那么电子有波动性,这波动性是怎么进行描述呢?这个时候有一个奥地利的物理学家啊,名字叫薛定谔。这个薛定谔就想啊说我能不能通过一些方法。

        去把电子这个波函数描述出来呢,他在1926年的时候,通过一些方法得出了这个波函数啊这个波的演化方程。就是这个波呀是如何随着时间进行演化的这个方程呢,我们就称之为薛定谔方程。薛定谔方程啊,他大概长这个样子啊,叫做。H普赛X等于ih8篇B篇T倍的菩萨啊,这个方程非常复杂,我们也看不懂啊,其实我们不用管太多。这个H呢叫哈密顿量啊,这个菩萨呢就是它的波函数,I是虚数单位,hb呢就是普朗克常数除以2派啊,偏偏G就是对时间取微分好这个方程,它其实表示的就是波函数是如何随时间演化的。

        我们大概来说一下他的作用。啊,比如说这里啊有一个盒子里边有一个垫子。那我们正常想啊,这垫子应该是左右来回跑,对吧?走到回跑这个时候啊,我们就认为电子是一个例子。但是呢我们现在可以认为啊电子不是例子,电子是波那电子是波,我们怎么描述这个波呢?就用这个方向去演化。有可能最后我们发现电子啊在这个盒子中间,它的波函数长这个样子,因为菩萨是个负数。所以他有十步,还有虚部啊,时不和虚部。

        如果你在这个点就是十步存在,虚部不存在。如果在这个点就是需不存在实物,不存在,我们把每一个点都画出来,我可能会画出这样一个函数的。大家看啊,这是一个三维的立体的这么一个图,有可能是吧?如果是这个样子的话,那我们就说呀电子实际上就在这个范围内就在这个范围内。啊,而且呢薛定谔就想说,我现在确实得出这么一个波函数的,而且我还得到诺贝尔奖啊,不过这个波函数到底是什么意思呢?这个很奇怪,就好像我们拿到的一个奖品,奖品中在盒子里,但是我们不知道这个盒子的奖品到底是什么。当时呢薛定谔提出一种猜想,他说啊呃这个播呀他应该就是什么呢?就应该是电荷的密度,就是说这个电子它就不是一个例子。他实际上就像波一样,他是分布在这个盒子里面的。

        啊,或者说你这个垫子并不是围绕原子核做一个轨道的严格轨道运动。他实际上是一大团的电子波,这一大团电子波分布在这个轨道上,是这么回事儿。这就是薛定谔的看法啊。

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