4、基础波动力学入门

基础波动力学入门

1. 波动的本质是什么

在非相对论量子物理学中，粒子被视为点，即它们没有有限的维度（体积为零），例如不能自旋。那么自然会问：“是什么在波动？”答案是在特定空间区域找到粒子的概率。实际上，是在某些物理可测量参数（如线性动量或角动量）的特定范围内找到粒子的概率，不过目前我们先关注坐标。运用量子物理学解决问题，就变成了求解代表该概率的函数的合适运动方程，这一过程的力学原理被称为量子力学，也旧称为波动力学。

2. 思想实验——重温电子衍射

我们可以设想一个实验，既能展示概率的波动性，又能体现粒子的点状“结构”。“Gedanken”在德语中是“思想”的意思，思想实验并非实际可操作的实验，而是用于理解特定现象的想象实验。现代技术使曾经在量子力学发展中被设想为思想实验的实验得以实现。由于量子物理学违反直觉的特性，尤其是在其早期发展阶段，人们设想了许多思想实验。

这里我们回到电子衍射实验进行思想实验。假设屏幕由受电子撞击会发出磷光的材料制成，且这种材料在被激发后会持续发光。降低电子束强度，这样我们能清晰看到每个电子撞击屏幕、点亮屏幕并留下一个持续的亮点作为存在的标记。第一个电子会撞击在某个位置，但我们无法确定具体位置，只能根据已知的衍射图案知道它最可能撞击的区域。也许它会撞击在衍射图案强度低的区域，也许不会，这是一个独立事件，无论撞击在哪里都会留下标记。第二个电子也是如此，我们同样不知道它会落在哪里，只知道最可能的落点。当大约100个电子撞击屏幕后，会形成一个图案，但可能与已知的衍射图案不同，因为从统计学角度看，100不是一个很大的数字。当大量电子撞击屏幕后，屏幕会显示出已知的衍射图案，这个图案由许多代表点状电子的亮点组成，但图案本身体现了波动运动的衍射