第二章波动力学基础

第二章波动力学基础 § 2.1 波函数的统计解释 按照德布罗意的观念，和每个粒子相联系的，都有一个波。怎么理解粒子性和波动性之 NJ 的联系，这是 量子力学首先碰到的一个根本问题。 能否认为波由粒子所组成?答案是否定的。因为粒子束的单缝或双缝等实验表明，若减小入射粒子流的强度，让粒子近似地一个一个地从粒子源射出，实验发现，虽则开始时底片上的感光点是无规则的，但只要时间足够长，感光点足够多，底片上仍会出现衍射花样。这说明，粒子的衍射现象与是否有其他粒子无关。如果波由粒子组成，波的干涉、衍射等现象必然依赖于粒子间的相互作用。这和上述实验结果矛盾。实际上，单个粒子也有波动性。 那么，能否认为粒子由波所组成.比方，是否可以认为粒子就是波包?答案也是否定的。以自由粒子为例。对于自由粒子，由于不受外力场的作用，粒子的能量E 和动量 P 均为常矢量。按德布罗意关系(1.4.1)和(1.4. 2)式，和自由粒子相联系的波的频率。，波矢 k 均为常数及常矢量。因此和自由粒子相联系的波是平面波。即EtrphitrkiAeAe （2.1.1） 其振幅 A 与坐标无关。因此它充满全空间。若认为自由粒子由波组成，则一个自由粒子将占据整个空间，这当然是不合理的。而且，自由粒子的德布罗意波的相速度是 k 的函数，按§ 1.4，必然存在色散。如果把自由粒子看成是个物质波包，即使在真空中，也会因为存在色散而使粒子自动解体。这当然与实际情况不符。 在历史上，对波粒二象性和波函数的解释，一直是有争议的。即使到现代，也仍然有不同观点。而且持不同观点的人有些还是量子力学的奠基人之一。但被物理学家们普遍接受的波函数的解释是玻恩(M. Barn)提出的统计解释。他认为，粒子在衍射或干涉实验中所揭示的波动性质，既可以看成是大量粒子在同一个实验中的统计结果，也可以认为是单个粒子在许多次相同实验中显示的统计结果。感光底片在 r 处的强度，与打在该点的粒子数成正比，也和波函数在该点的振幅的绝对值的平方成正比。波函数所刻划的实际上是粒子在某时刻在空间的几率分布。事实上，通常波动性总是指某种物理量在空间的分布呈周期性变化，并且由于波的相干叠加，而出现干涉和衍射等现象。而在玻恩的统计解释中，他保留了波的最重要的特性一一相干叠加，不过，他把“某种物理量”改为“粒子出现的几率”。玻恩提出的波函数统计解释是:波函数在某一时刻在空间中某一点的强度，即其振幅绝对值的...