求教一下,有人能解釋一下場,物質波,粒子,波的關係嗎?
場是物質存在的一種形式,也可以理解為物質間的一種接觸方式。比如杯子可以用來盛水,而電磁力同樣可以用來約束等離子體。直觀的講,就是場與物質存在的形態雖不同,但都具有物質的性質。
你的問題可以分為兩個方面。
1。“物質波、粒子、波”的問題
光被證明了有波粒二象性。這個理論為什麼迷人,因為它有悖於直覺常理,即波和粒子是不同的事物。當時的人們就做了一些相關的實驗,當想探測它的粒子屬性時,它的粒子屬性就會被探測到。當想探測它的波的屬性時,它波的屬性就會被探測到。兩個屬性同時存在,不分先來後到。
德布羅意就想,那物質會不會也同樣既是粒子,也是波呢? 後來他得出了物質波的結論,也就是德布羅意波,其實就是物質的波屬性。你可以以光的二象性輔助理解哈。即,物質並沒有具體的位置,物質的波,是在空間中某點某時刻可能出現的機率密度。至於你覺得物質的位置非常確定,只是因為它在那裡的機率大而已,是人的錯覺。
2。場
物理學中把某個物理量在空間的一個區域內的分佈稱為場。比如電場,磁場,引力場,還有理論中的暴漲場。它是人為定義出來,方便物理量研究的一個東西,並不存在現實生活意義,這倒不必過於糾結。
物質波:一般指的是微觀系統的波函式,由薛定諤方程來描述。因為其行為像“波”,所以經常被稱作是物質波。
粒子:當系統被測量的時候,波函式坍縮到某個確定的態,觀測到的就是具體的粒子態。這就是所謂的波粒二象性。
場:把每一點的波函式的激發當成場的激發來理解。在量子場論中,場的激發對應著波函式的振幅,也即是對應著粒子出現的機率。你可以把場當做理解世界的一種方式,並非啥新鮮的東西。
很多人會以為是粒子像波一樣在運動,而實際上應該說粒子的
分佈機率
像波一樣“運動”。此時波的振幅對應著粒子測量值的機率。本質上來說系統是各種可能的狀態按一定機率疊加,彌散在空間中。
我覺得更好理解的是把量子態認為是一種更本質的物質存在形式,不應簡單機械地把這幾個概念相加。
如果說場是第一性的,那麼場就是對空間狀態的描述,也可以指這種狀態本身,場隨著時間的演化就構成了波,而粒子則是某種場的特殊形態,或者叫這種波的特殊形態。
至於,你問為什麼會有場,只能說一切的客觀存在的東西,必然會有狀態,如果沒有狀態,那就無法感知它的存在,那也就沒有討論的意義。
給一個官科答案
所以就只說概念,別追問為什麼,不過如果有不足那隨意補充
………………
首先是波動和粒子
這個東西可以追述但牛頓時代的光的波動性與粒子性之爭
剛開始時,一些人說光有粒子性(光的直射),一些人說光有波動性(衍射折射)
到後來一些人發展光的偏振(波動性),以及光電效應(粒子性)
所以大家一直在追問這東西到底是波動還是粒子
而波動與粒子,其實是宏觀的概念,只不過大家覺得這個概念應該也能對光進行解釋
後來兩邊爭論不出個結果,愛因斯坦弄出來一個“波粒二象性”(普朗克的作用我就略過了啊)
從應用上,就是說這個光量子,既有粒子的特徵也有波動的特徵
從思想上,要把對微觀物質的認知與宏觀物質的認知區分開
哲學上就不提了…
所以,波動性與粒子性被關聯在一起,這個在宏觀世界是不被允許的,但在微觀世界,愛因斯坦就是這樣認定的,所以以前都是用宏觀經驗解釋其他未知的物理現象,到了愛因斯坦這裡,一切反了過來,經典物理變成了高速物理的近似,宏觀物理變成了微觀物理的近似,不能多說了,再說又民科了…
後來就是波爾把量子化的能量子引入氫原子外電子模型(當時還是行星模型),所以可以解釋氫原子光譜的問題,也就是不同電子軌道適當能量確定的問題,但還是解釋不了為什麼不同的軌道之間為什麼是那樣的一個半徑數值
這時就有一幫人在為波爾模型打補丁,這補丁很多的,介紹不過來,什麼泡利不相容原理,什麼自旋量子數,波動方程什麼的其實都來源於此,波爾模型的厲害之處就在於,量子力學早期內容基本都從這裡摸索出來的,麻煩之處就是哪一個也沒得到宏觀物理的解釋,所以大家認為微觀的物理現象才是根本
這補丁裡面,就有題主說的物質波
法國的布里淵在1918。1920年發表觀點,用以太的駐波來解釋波爾軌道的位置,後來讓德布羅意聽到了,小王子表示這個可以,但他不認可以太解釋,因為在二十年前就被愛因斯坦給捨棄了,但他認可愛因斯坦對光子的波粒二象性的解釋
認為光子二象性,那電子是不是也二象性?
然後他推導了光波波長與動量的關係式,然後懷疑電子的波長也符合這個規律
後來實驗論證成功,所以物質波的概念也出現了
……………………
現在,波,粒,的概念都有了
但誰為本呢?
海森堡提出了測不準原理,他認為粒子為本,是觀測時的干擾導致了粒子物理量的變化,呈現出空間上的機率分佈,波動是表象
但做出來波動力學的薛定諤認為波動才是根本,粒子是觀察導致的塌縮
所以你要問波粒二象性以誰為本質?
那可真沒人回答你,祖師爺之間的戰爭,還是一個門派裡的
…………………………
然後是 場
粒子有波動性,後來也有了機率性,再後來又變成了機率雲
所以,粒子也有了場的空間性
而電場是電子的特性
這裡可以有個簡單的邏輯序列如下
質量是粒子的特性
自旋是粒子的特性
一切物理屬性都是粒子的特性
所以
粒子有場
這是是以粒子為主的觀點
…………………
但如果按波動力學的觀點
那就是波的範圍是場
粒子是場的激發
所以場即粒子
…………………
反正別管誰是主導
波動,粒子,場
三者可以合一
更何況,如果我們不關心本質,只是採用能量,動量,量子數進行計算,那計算是不耽誤的
所以也沒必要太深究細節
起碼這不是第一優先的工作
官科的介紹應該就是這樣
你也不用看民科了,也沒靠譜的,先這麼理解就沒毛病的
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