一直有个疑问:为什么德布罗意物质波公式中能量和动量的关系是E=pc,而到了薛定谔方程里就变成E=p^2/2m了?

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一直有个疑问:为什么德布罗意物质波公式中能量和动量的关系是E=pc,而到了薛定谔方程里就变成E=p^2/2m了?

2024-01-16 06:24| 来源: 网络整理| 查看: 265

正好这学期复习量子力学。也遇到了这个问题。思考了好久。说一下我的理解

首先德布罗意公式给出了波与粒子的对应关系

其中E P是粒子属性 频率v和波长λ是波的属性

这德布罗意波长公式,确实是基于光子推导出来的。

{具体是光量子假说和爱因斯坦的质能关系:

E=hv

E=mc^2

首先推导出单个光子的运动质量m=hv/c^2

然后单个光子的动量就可以写作

p=mc=hv/c=h/λ )}

然后德布罗意假设,对于实物粒子,这个对应关系也成立。也就是说,这个粒子属性和波的对应关系是猜出来的,不是推导出来的。

那么对于实物粒子,比如一个经典运动的电子,根据德布罗意关系,怎么计算它的频率和波长呢?

代入E=hv的E应该是物体的总能:

E=mc2

其中 m是电子的运动质量

而代入P=h/λ的动量P,应该为

P=mv

知道了v和λ,就可以根据波动的基础知识,写出自由电子的德布罗意波表达式。

这样基于E和P给出的电子德布罗意波显然是相对论形式的。

开始的时候薛定谔也想建立一个相对论形式的方程,可惜没成功。

于是他把目光转移到了非相对论方程的建立上

相对论总能非相对论总能的区别,是在物体运动速度远小于光速时,人们一般只考虑物体的动能。Ek=1/2m0v^2

此时才有Ek=P^2/2m

其实在上面的Ek表达式里,忽略了相对论表达式E=mc2中的一项:E静=m0c2,即静止能量。

(因为在v

上图的最上面的波函数是根据薛定谔方程解出的自由电子波函数,而上图最下面是考虑电子静止能量的薛定谔方程,解出的自由电子波函数。下面的波函数,才能和德布罗意公式给出的自由电子波函数相匹配。

这是我个人理解。如有谬误,请批评指正。



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