理论教育 物质世界的起源与波包的粒子特性

物质世界的起源与波包的粒子特性

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:从这个意义上说,波包已经被赋予了粒子的一些属性。在最近的一项研究中,发现波包的有效质量可以产生与牛顿力学中的惯性质量相同的引力效应。[4]因此,这样的“有效质量”完全可以表现得像真实的质量一样。由于波包可以具有明显的“能量”“动量”“速度”和“质量”,因此这个波包看起来就像直观世界里的粒子一样。

物质世界的起源与波包的粒子特性

从以上讨论,我们知道光是一种辐射波,把光作为一种“粒子”的概念是来自其能量的量子化。该量子化的光波被称为“光子”。光子不是连续的波,而是波包。

同样,根据德布罗意的假设以及电子的衍射实验,我们知道电子也是一种波包。事实上我们可以认为,所有亚原子的粒子,其实都是量子化的真空激发波(称为“物质波”)。读者可能会问:为什么一个物质波的波包在宏观世界中会表现得像个粒子?

回答这个问题的关键是,所有粒子(包括电子)与光子一样,都遵循普朗克关系和德布罗意关系。因此,从波包的频率和波长,我们就可以确定其能量和动量。从这个意义上说,波包已经被赋予了粒子的一些属性。

那么,一个波包是否也具有“质量”呢?答案是肯定的。对于一个波包而言,它不但具备了“动量”p,它还有明确定义的速度ν,那就是波包的“群速度。从牛顿力学里我们知道,物体的“质量”(M)与其动量(p)相关,(www.daowen.com)

既然我们知道了波包的动量和速度,我们就可以很容易地将波包的“质量”定义为:

从德布罗意关系中,我们知道波包的动量是。从波包的色散关系中,我们也知道波包的群速度ν。这意味着波包具有明确定义的质量,这个质量可以称为波包的“有效质量”。在最近的一项研究中,发现波包的有效质量可以产生与牛顿力学中的惯性质量相同的引力效应。[4]因此,这样的“有效质量”完全可以表现得像真实的质量一样。

由于波包可以具有明显的“能量”“动量”“速度”和“质量”,因此这个波包看起来就像直观世界里的粒子一样。

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