化學中的量子理論
德布羅意波長(de Broglie wavelength)
/ duh-BROY /
我們習慣了把波看成光或聲這樣的東西,把物質看成球和子彈那樣實在的東西。1924 年,路易·德布羅意做出了一個大膽的猜想:如果長久以來被當作波的光能表現得像粒子,那麼也許像電子這樣的粒子也能表現得像波。他給每一塊運動的物質都指定了一個波長。物體越快、越重,它的波就越短——而對日常物體來說,這個波短得荒謬,根本無從察覺。
更準確地說,德布羅意波長是與任何運動粒子相聯繫的波長,等於普朗克常數除以粒子的動量(質量乘速度)。由於普朗克常數極小,這個波長只對極輕、極慢的粒子(比如電子)才有意義;對一個被拋出的球而言,它小得連原子都遠遠不及,難以想象。正是這種波動本性,讓盒中粒子和原子軌道得以按它們各自的方式運作。
誠實地說,它的重大意義在於:這不只是一個巧妙的類比——幾年之內它就被實驗證實了,人們發現電子會像光穿過光柵那樣發生衍射和干涉。正是這一證實,使電子顯微鏡得以存在:波長很短的電子能分辨出比可見光精細得多的細節。德布羅意的想法,是把粒子變成薛丁格方程之波的那座橋樑。
在電子顯微鏡裡疾馳的電子,波長可以約為可見光的十萬分之一。由於更精細的波能分辨更精細的細節,這正是為什麼這類顯微鏡能拍到單個原子,而最好的光學顯微鏡在比一個光波長還小的尺度上就已經模糊不清了。
快速電子的波長極小——因而能拍到單個原子。
每個物體都有德布羅意波長,連一個走路的人也有。但對任何宏觀物體來說,這個波長比物體本身還要小得不可思議,任何波動行為都絕不可能出現——這正是為什麼我們只在電子、原子和小分子身上看到物質波。
又稱
另見