О «гипотезе де Бройля» и эксперименте с двумя щелями

РЕДАКТИРОВАТЬ: Как я уже упоминал в своем первоначальном вопросе, у меня нет опыта, чтобы полностью понять ответ @Timaeus (который действительно был очень подробным). Я был бы признателен, если бы кто-нибудь мог дать более «классический физический» ответ, даже не такой подробный, чтобы немного прояснить некоторые вещи для себя. Кроме того, я хотел бы знать разницу между терминами «волна» и «волновая функция» и как две незаряженные частицы будут интерферировать в эксперименте, продемонстрированном источником излучения одной частицы.

Не имея достаточной теоретической подготовки в физике, я публикую этот вопрос, который на самом деле состоит из двух связанных частей.

Волновая функция и «гипотеза де Бройля»:

Насколько я понимаю, волновая функция безмассовых частиц описывается изменением величины определенного свойства частицы, т.е. волновая функция фотона описывается как изменение интенсивности его электромагнитного поля во времени. Эта волна движется в пространстве со скоростью С и несет энергию, равную час ф .

С другой стороны, «гипотеза де Бройля» предполагает, что «вся материя обладает волновыми свойствами», и длина волны этой функции равна λ "=" час / п "=" час / м в γ 1 . Теперь возникает мой первый вопрос: с каким свойством частицы связана эта волновая функция? Или эта волновая функция на самом деле описывает движение частицы (~) с одновременным переносом ее в пространстве со скоростью в , несущий К Е ?

б) В эксперименте с двумя щелями, демонстрируемом источником эмиссии одиночных электронов, с каким физическим свойством связана интерференционная картина? Является ли эта картина результатом интерференции ЭМ волны ускоряющегося электрона или что-то еще? Если источник испускает n одиночных электронов, сколько вступлений материи мы обнаруживаем на экране?

Волны, которые вы связываете с волновыми функциями, никоим образом не несут энергию. Это функции амплитуды вероятности. Однако они имеют математическое ожидание энергии.
@ aJ1974: Вы - часть (а), на которую отвечает соотношение де Бройля: длина волны зависит от импульса квантовой частицы и выполняется как для массивных, так и для безмассовых частиц. Часть (b), касающаяся интерференционной картины с двумя щелями, это интерферирующие амплитуды вероятности, заданные волновой функцией. Гипотеза де Бройля вдохновила Шредингера на создание уравнения Шредингера; она становится фундаментальной частью квантовой волновой картины.
@ aK1974, я просто хотел опубликовать один момент, о котором вы, возможно, уже знаете. де Бройль связывает волну с каждой частицей, но скорость волны и скорость частицы обычно различны. Скорость волны равна c только для света/фотонов, а не для массивных частиц. Гипотеза де Бройля приводит к этому уравнению ш "=" с 2 в , где v — скорость частицы, w — скорость волны. В случае света/фотонов в "=" с следовательно, решение для ш мы получаем ш "=" с также. Так что для света обе скорости одинаковы, но для массивных частиц v всегда меньше с, и, следовательно, w больше с.

Ответы (1)

Существует два подхода к квантовой механике: нерелятивистская квантовая механика и квантовая теория поля.

В квантовой теории поля для каждого типа частиц/античастиц существует одна волна в физическом пространстве. Поле фотонов, поле электронов/позитронов, поле мюонов/антимюонов и так далее. Но поля оцениваются оператором и довольно сложны. И нет чистой вещи, которая соответствовала бы одной частице. Одно поле в совокупности представляет все фотоны и тому подобное во всей вселенной.

В нерелятивистской квантовой механике вам нужно выбрать несколько частиц, например н частицы, и тогда у каждой есть спиновое пространство С , или С 2 , или С 3 или С к и тогда волновая функция является функцией от р 3 н (обратите внимание, что это конфигурационное пространство, которое намного больше физического пространства), и оно входит в С к 1 С к 2 С к н .

Эта волна движется в пространстве со скоростью С и несет энергию, равную час ф .

Такого никогда не бывает.

С другой стороны, «гипотеза де Бройля» предполагает, что «вся материя обладает волновыми свойствами», и длина волны этой функции равна λ "=" час / п "=" час / м в γ 1 .

The п есть канонический импульс, а не механический импульс. И даже если бы это был механический импульс, правильными формулами были бы такие вещи, как п "=" Е в / с 2 (что верно для всех частиц) не п "=" γ м в (что верно только для массивных частиц).

Тот факт, что некоторые формулы более популярны и справедливы для некоторых особых случаев, не делает их правильными формулами.

Теперь возникает мой первый вопрос: с каким свойством частицы связана эта волновая функция?

Волновая функция описывает все свойства всех частиц.

Или эта волновая функция на самом деле описывает движение частицы (~) с одновременным переносом ее в пространстве со скоростью в , несущий К Е ?

Это волна в конфигурационном пространстве. Таким образом, ток вероятности описывает потоки в конфигурационном пространстве. Точка в конфигурационном пространстве — это назначение местоположений всем частицам. Так что это поток от конфигурации всех частиц к другой конфигурации всех частиц.

б) В эксперименте с двумя щелями, демонстрируемом источником эмиссии одиночных электронов, с каким физическим свойством связана интерференционная картина?

Интерференционная картина находится в остатках расположения частиц.

Является ли эта картина результатом интерференции ЭМ волны ускоряющегося электрона или что-то еще?

Что-то другое. Интерференция спина в конфигурационном пространстве. С остатком по локациям экрана. Измеряется частотой статистического ансамбля, которая связана с общей амплитудой отдельного экземпляра ансамбля.

Если источник испускает n одиночных электронов, сколько вступлений материи мы обнаруживаем на экране?

Меньше, чем н если какой-нибудь ударится о преграду на пути к экрану. Ансамбль - это все н а в нерелятивистской квантовой механике вы получаете предсказание частоты различных местоположений по волновой функции только для одного электрона.

Большое спасибо за ваш ответ. Честно говоря, я не полностью понимаю все аспекты вашего ответа, но это явно превосходит мои текущие знания по этому вопросу. Я сохраняю это как начало для дальнейших исследований!
@Timaeus, можете ли вы объяснить разницу между механическим и каноническим импульсом? В гипотезе Де Бройля с уравнением λ "=" час п , п является γ м 0 в для массивной частицы согласно «Введению в специальную теорию относительности» Риндлера, стр. 83. где в скорость частицы. Это неправильно?
@AmeetSharma Это может иметь место в некоторых особых случаях. Например, для незаряженной частицы или нулевого векторного потенциала. Но это совершенно неверная характеристика импульса в квантовой механике. Длина волны в квантовой механике связана с каноническим импульсом. Иногда канонический импульс равен механическому импульсу. Это происходит в самых простых случаях, которые часто вводятся первыми.
@ Тимеус, спасибо за объяснение. Но исторически, когда де Бройль выдвинул свою гипотезу, мыслил ли он в терминах канонического импульса или механического импульса?
@AmeetSharma Это вопрос к истории обмена научными стеками. Но если рассматриваемый им пример имел нулевой векторный потенциал, то для этого частного случая они ничем не отличаются.