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波函数的统计诠释

时间:2022-12-07 百科知识 版权反馈
【摘要】:式是描述自由粒子运动状态的波函数,它反映了微观粒子的波粒二象性.但这个波函数究竟代表什么呢?微观粒子的波动性与粒子性是怎样统一起来的呢?

式(14.26)是描述自由粒子运动状态的波函数,它反映了微观粒子的波粒二象性.但这个波函数究竟代表什么呢?微观粒子的波动性与粒子性是怎样统一起来的呢?1926年,德国物理学家玻恩(Max Born)运用统计思想来解释微观粒子的波动性,他认为物质波并非如经典波那样代表着实在的物理量的波动,波函数描述的是粒子在空间的概率分布.

我们以光波和物质波对比的方法来阐明波函数的物理意义.光通过狭缝后产生衍射现象,在屏上出现明暗相间的衍射条纹.从波动的观点看,明条纹处光强大,暗条纹处光强小,由于光强与光振动振幅的平方成正比,所以明纹处光振动振幅的平方大,暗纹处光振动振幅的平方小.但从粒子的观点来看,光强大的地方表示单位时间内到达该处的光子数量多,光强小的地方则表示单位时间内到达该处的光子数量少.从统计的观点来看,这就相当于光子到达明纹处的概率要远大于到达暗纹处的概率.两种观点是等效的,故光子在某处出现的概率与该处光强成正比,也就是与该处光振动振幅的平方成正比.

用电子束做单缝衍射实验时,也会形成类似的衍射图样,对电子及其他微观粒子来说,其粒子性和波动性之间,也应有类似的结论.从粒子性来看,电子衍射图样实际上是电子在屏上出现概率的分布,电子到达衍射图样极大处的概率必定大,而到达衍射图样极小处的概率必然极小甚至为零.而在波动性看来,电子的疏密程度表示波的强度大小,电子越密集表示波的强度越大,于是,电子在某处出现的概率就反映了该处电子波的强度.

波函数的概率解释首先是由玻恩提出的,它不仅成功地解释了电子衍射实验,而且在解释其他许多问题时所得的结果与实验也是完全符合的,这种正确解释已被公认.玻恩因为他对波函数做出的统计解释获得1954年的诺贝尔物理学奖.

根据对波函数的统计解释,波函数必须满足一定的条件.

首先,任意时刻粒子在整个空间出现的概率必然等于1,应有

上式称为归一化条件,满足这一条件的波函数称为归一化波函数,其中积分区域V遍及粒子可能达到的整个空间.

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