
【化】 de Broglie relation
heart; mind; morals; virtue
cloth; fabric
【建】 cloth
catch birds with a net; collect; display; net; sift; silk
【經】 gross
expect; intention; meaning; suggestion; wish
relation; relationship; appertain; bearing; concern; connection; term; tie
【計】 relation
【醫】 rapport; reference; relation; relationship
德布羅意關系的漢英雙語解析與科學内涵
德布羅意關系(de Broglie relations)是量子力學中描述微觀粒子波粒二象性的核心公式,由法國物理學家路易·德布羅意(Louis de Broglie)于1924年提出。其核心内容為:
動量-波長關系(Momentum-Wavelength Relation)
粒子的動量(momentum,符號:$p$)與其對應的物質波波長(wavelength,符號:$lambda$)成反比,公式為:
$$lambda = frac{h}{p}$$
其中$h$為普朗克常數(Planck constant),其值為$6.626 times 10^{-34} , text{J·s}$。這一關系表明,粒子性(動量)與波動性(波長)通過普朗克常數相互關聯。
能量-頻率關系(Energy-Frequency Relation)
粒子的總能量(energy,符號:$E$)與物質波的頻率(frequency,符號:$ u$)成正比,公式為:
$$E = h u$$
該公式進一步統一了經典力學中的能量概念與波動現象的周期性特征。
物理意義與驗證
德布羅意關系揭示了微觀粒子的雙重性質,即粒子既具有局域化的動量與能量,又表現出非局域的波動行為。例如,電子衍射實驗(如戴維森-革末實驗)通過觀測電子束的幹涉圖樣,驗證了物質波的存在。
應用領域
權威參考文獻
德布羅意關系是量子力學中的核心概念之一,由法國物理學家路易·德布羅意于1924年提出。它揭示了微觀粒子的波粒二象性,即物質既表現出粒子性(如動量和能量),又具有波動性(如波長和頻率)。以下是其詳細解釋:
德布羅意關系通過兩個公式将粒子的物理量與波動性質直接關聯:
波長公式:
$$lambda = frac{h}{p}$$
其中,( lambda ) 為物質波的波長,( h ) 是普朗克常數(約 ( 6.626 times 10^{-34} , text{J·s} )),( p ) 為粒子的動量(( p = mv ),( m ) 為質量,( v ) 為速度)。
頻率公式:
$$E = h
u$$
這裡,( E ) 是粒子的能量,(
u ) 為波的頻率。
波粒二象性:德布羅意提出,任何實物粒子(如電子、質子)都具有波動性,其波動性質通過物質波(德布羅意波)描述。例如,電子束在晶體上的衍射實驗直接驗證了這一假設。
統一微觀與宏觀:傳統觀念中“粒子”與“波”的界限被打破,兩者成為物質的不同表現形式。例如,宏觀物體的波長極短(因質量大),波動性可忽略;而微觀粒子(如電子)的波長顯著,表現出幹涉或衍射現象。
波函數描述:德布羅意波可用複數形式的波函數表達,例如自由粒子的波函數為:
$$Psi(x,t) = A e^{i(kx - omega t)}$$
其中 ( k = frac{2pi}{lambda} ),( omega = 2pi
u )。
不确定關系:波粒二象性導緻粒子的位置和動量無法同時精确測定(海森堡不确定原理),進一步深化了對微觀世界的理解。
德布羅意關系是連接經典物理與量子理論的橋梁,其核心在于物質與波的不可分割性。通過這一關系,微觀粒子的行為得以用波動方程描述,為現代物理研究奠定了理論基礎。
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