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波函数的统计解释

波函数的统计解释
一.波动-粒子二重性矛盾的分析
物质粒子既然是波,为什么长期把它看成经典粒子,没犯错误?
实物粒子波长很短,一般宏观条件下,波动性不会表现出来。

到了原子世界(原子大小约1A),物质波的波长与原子尺寸可比,物质微粒的波动性就明显的表现出来。

传统对波粒二象性的理解:
(1)物质波包物质波包会扩散,电子衍射,波包说夸大了波动性一面。

(2)大量电子分布于空间形成的疏密波。

电子双缝衍射表明,单个粒子也有波动性。

疏密波说夸大了粒子性一面。

对波粒二象性的辨正认识:微观粒子既是粒子,也是波,它是粒子和波动两重性矛盾的统一,这个波不再是经典概念下的波,粒子也不再是经典概念下的粒子。

在经典概念下,粒子和波很难统一到一个客体上。

二.波函数的统计解释
1926年玻恩提出了几率波的概念: 在数学上,用一函数表示描写粒子的波,这个函数叫波函数。

波函数在空间中某一点的强度(振幅绝对值的平方)和在该点找到粒子的几率成正比。

既描写粒子的波叫几率波。

描写粒子波动性的几率波是一种统计结果,即许多电子同一实验或一个电子在多次相同实验中的统计结果。

几率波的概念将微观粒子的波动性和粒子性统一起来。

微观客体的粒子性反映微观客体具有质量,电荷等属性。

而微观客体的波动性,也只反映了波动性最本质的东西:波的叠加性(相干性)。

描述经典粒子:坐标、动量,其他力学量随之确定;
描述微观粒子:波函数,各力学的可能值以一定几率出现。

设波函数描写粒子的状态,波的强度,则在时刻t、在坐标x 到x+dx、y到y+dy、z到z+dz的无穷小区域内找到粒子的几率表示为,应正比于体积和强度
归一化条件:在整个空间找到粒子的几率为1。

归一化常数可由归一化条件确定
重新定义波函数,
叫归一化的波函数。

在时刻t、在坐标 (x,y,z)点附近单位体积内找到粒子的几率称为几率密度,用
表示,则
归一化的波函数还有一不确定的相因子;
只有有限时才能归一化为1。

经典波和微观粒子几率波的区别:
(1)经典波描述某物理量在空间分布的周期变化,而几率波描述微观粒子某力学量的几率分布;
(2)经典波的波幅增大一倍,相应波动能量为原来四倍,就变成另一状态了;而微观粒子在空间出现的几率只决定于波函数在空间各点的相对强度,将几率波的波幅增大一倍并不影响粒子在空间各点出现的几率,即将波函数乘上一个常数,所描述的粒子的状态并不改变;
(3)对经典波,加一相因子,状态会改变,而对几率波,加一相因子不会引起状态改变。

问题:设波函数为,求在()范围找到粒子的几率。

问题:在球坐标系中,粒子波函数表示为,求(a)在球壳中找到粒子的几率。

(b)在方向的立体角中找到粒子的几率。

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