
【化】 de Broglie relation
heart; mind; morals; virtue
cloth; fabric
【建】 cloth
catch birds with a net; collect; display; net; sift; silk
【经】 gross
expect; intention; meaning; suggestion; wish
relation; relationship; appertain; bearing; concern; connection; term; tie
【计】 relation
【医】 rapport; reference; relation; relationship
德布罗意关系的汉英双语解析与科学内涵
德布罗意关系(de Broglie relations)是量子力学中描述微观粒子波粒二象性的核心公式,由法国物理学家路易·德布罗意(Louis de Broglie)于1924年提出。其核心内容为:
动量-波长关系(Momentum-Wavelength Relation)
粒子的动量(momentum,符号:$p$)与其对应的物质波波长(wavelength,符号:$lambda$)成反比,公式为:
$$lambda = frac{h}{p}$$
其中$h$为普朗克常数(Planck constant),其值为$6.626 times 10^{-34} , text{J·s}$。这一关系表明,粒子性(动量)与波动性(波长)通过普朗克常数相互关联。
能量-频率关系(Energy-Frequency Relation)
粒子的总能量(energy,符号:$E$)与物质波的频率(frequency,符号:$ u$)成正比,公式为:
$$E = h u$$
该公式进一步统一了经典力学中的能量概念与波动现象的周期性特征。
物理意义与验证
德布罗意关系揭示了微观粒子的双重性质,即粒子既具有局域化的动量与能量,又表现出非局域的波动行为。例如,电子衍射实验(如戴维森-革末实验)通过观测电子束的干涉图样,验证了物质波的存在。
应用领域
权威参考文献
德布罗意关系是量子力学中的核心概念之一,由法国物理学家路易·德布罗意于1924年提出。它揭示了微观粒子的波粒二象性,即物质既表现出粒子性(如动量和能量),又具有波动性(如波长和频率)。以下是其详细解释:
德布罗意关系通过两个公式将粒子的物理量与波动性质直接关联:
波长公式:
$$lambda = frac{h}{p}$$
其中,( lambda ) 为物质波的波长,( h ) 是普朗克常数(约 ( 6.626 times 10^{-34} , text{J·s} )),( p ) 为粒子的动量(( p = mv ),( m ) 为质量,( v ) 为速度)。
频率公式:
$$E = h
u$$
这里,( E ) 是粒子的能量,(
u ) 为波的频率。
波粒二象性:德布罗意提出,任何实物粒子(如电子、质子)都具有波动性,其波动性质通过物质波(德布罗意波)描述。例如,电子束在晶体上的衍射实验直接验证了这一假设。
统一微观与宏观:传统观念中“粒子”与“波”的界限被打破,两者成为物质的不同表现形式。例如,宏观物体的波长极短(因质量大),波动性可忽略;而微观粒子(如电子)的波长显著,表现出干涉或衍射现象。
波函数描述:德布罗意波可用复数形式的波函数表达,例如自由粒子的波函数为:
$$Psi(x,t) = A e^{i(kx - omega t)}$$
其中 ( k = frac{2pi}{lambda} ),( omega = 2pi
u )。
不确定关系:波粒二象性导致粒子的位置和动量无法同时精确测定(海森堡不确定原理),进一步深化了对微观世界的理解。
德布罗意关系是连接经典物理与量子理论的桥梁,其核心在于物质与波的不可分割性。通过这一关系,微观粒子的行为得以用波动方程描述,为现代物理研究奠定了理论基础。
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