2.1-波函数的统计解释.pptx

1主讲：朱祥荣湖州师范学院理学院第二章波函数和薛定谔方程波函数的统计解释

2§2.1波函数的统计解释1.微观粒子状态的描述微观粒子因具有波粒二象性，其运动状态的描述必有别于经典力学对粒子运动状态的描述，即微观粒子的运动状态不能用坐标、速度、加速度等物理量来描述。这就要求在描述微观粒子的运动时，要有创新的概念和思想来统一波和粒子这样两个在经典物理中截然不同的物理图像。德布罗意指出：微观粒子的运动状态可用一个复函数来描述，函数称为波函数。（1）描述自由粒子的波是具有确定能量和动量的平面波deBroglie波

3§2.1波函数的统计解释（2）如果粒子处于随时间和位置变化的力场中运动，它的动量和能量不再是常量（或不同时为常量）粒子的状态就不能用平面波描写，而必须用较复杂的波描写，一般记为：描写粒子状态的波函数它通常是一个复函数。三个问题？(1)是怎样描述粒子的状态呢？(2)如何体现波粒二象性的？(3)描写的是什么样的波呢？

42.波函数的统计解释§2.1波函数的统计解释I0θ1XP电子单缝衍射实验电子源感光屏PPQQO电子小孔衍射实验（1）波与粒子的关系

5§2.1波函数的统计解释a.错误的看法之一：波由粒子组成波由粒子组成的看法夸大了粒子性的一面，而抹杀了粒子的波动性的一面，具有片面性。如水波，声波，由分子密度疏密变化而形成的一种分布。这种看法是与实验矛盾的，它不能解释长时间单个电子衍射实验。电子一个一个的通过小孔，但只要时间足够长，底片上增加呈现出衍射花纹。这说明电子的波动性并不是许多电子在空间聚集在一起时才有的现象，单个电子就具有波动性。事实上，正是由于单个电子具有波动性，才能理解氢原子（只含一个电子！）中电子运动的稳定性以及能量量子化这样一些量子现象

6§2.1波函数的统计解释b.错误的看法之二：粒子由波组成?电子是波包。把电子波看成是电子的某种实际结构，是三维空间中连续分布的某种物质波包。因此呈现出干涉和衍射等波动现象。波包的大小即电子的大小，波包的群速度即电子的运动速度。?什么是波包？波包是各种波数（长）平面波的叠加。平面波描写自由粒子，其特点是充满整个空间，这是因为平面波振幅与位置无关。如果粒子由波组成，那么自由粒子将充满整个空间，这是没有意义的，与实验事实相矛盾。?但实验上观测到的电子，总是处于一个小区域内。例如在一个原子内，其广延不会超过原子大小≈1?。

7§2.1波函数的统计解释电子究竟是什么东西？是粒子？还是波？“电子既不是粒子也不是波”，既不是经典的粒子也不是经典的波，但是我们也可以说，“电子既是粒子也是波，它是粒子和波动二重性矛盾的统一。”这个波不再是经典概念的波，粒子也不是经典概念中的粒子。经典概念中粒子意味着1.有一定质量、电荷等“颗粒性”的属性;2.有确定的运动轨道，每一时刻有一定位置和速度。经典概念中波意味着1.实在的物理量的空间分布作周期性的变化;2.具有干涉、衍射现象，即相干叠加性。

8§2.1波函数的统计解释我们再回到电子的衍射实验OPP电子源感光屏QQ该点附近感光点的数目该点附近出现的电子数目电子出现在r点附近的概率照底片上r点附近衍射花样的强度

9§2.1波函数的统计解释（1）入射电子流强度小，开始显示电子的微粒性，长时间亦显示衍射图样;衍射实验事实：（2）入射电子流强度大，很快显示衍射图样。结论：衍射实验所揭示的电子的波动性许多电子在同一个实验中的统计结果，或者是一个电子在许多次相同实验中的统计结果。光强度大光波振幅平方大光子在该处出现的概率大（微粒观点）类比光的干涉实验（波动观点）光子在某处出现的概率和该处光振幅的平方成正比

10§2.1波函数的统计解释1926年，玻恩(M.Born)首先提出了波函数的统计解释：波函数在空间中某一点的强度（波函数模的平方）与粒子在该点出现的概率成比例。可见，波函数模的平方|Ψ(r,t)|2与粒子t时刻在r处附近出现的概率成正比。波动观点粒子观点明纹处:电子波强|Ψ(