实物粒子的波粒二象性与物质波

1924年，法国的青年物理学家德布罗意（L.de Broglie）根据光的波粒二象性，并通过分析与类比，提出了一个大胆的假设，他认为一切实物粒子（电子、原子、分子等）都具有波粒二象性。德布罗意提出，与具有一定能量E及动量p的运动粒子相联系的波称为物质波，物质波的频率及波长分别为

式（10—9）所给出的关系称为德布罗意关系。德布罗意认为：实物粒子的波动性与光有相似之处，由于h是一个很小的量，实物粒子的波长实际上是很短的，在一般宏观条件下波动性不会体现出来，所以用经典力学来处理问题是恰当的。但到了原子世界中，物质粒子的波动性便会明显地表现出来，此时经典力学也就无能为力了。

对于具有这样波长数量级的物质波来说，要想观测到满意的衍射效果，衍射光栅的光栅常量应具有与波长同等的量级。原子在晶体中做规则排列时，其晶格常量恰好具有这样的量级。因此，当德布罗意波的概念提出后，1927年，戴维逊（C.J.Davisson）和革末（L.H.Germer）利用电子束在镍单晶上的衍射实验，成功地证实了电子所具有的波动性，同时也有力地证明了德布罗意所提出的物质波假说的正确性。(www.xing528.com)

值得一提的是，微观粒子的波动性，在现代技术中已经得到广泛的应用。电子显微镜技术即为一例。通过高压加速的电子射线的德布罗意波长可以达到10-2～10-3nm，从而大大提高了显微镜的分辨本领。这些电子的衍射分布可以直接反映出物质原子尺度的结构。目前，电子显微镜的放大率可高达100万倍。分辨率可达到0.1nm的数量级。电子显微镜技术的发展，不仅使我们能直接看到蛋白质一类的大分子，能分辨单个原子的尺度，而且为研究分子结构、病毒和细胞组织结构等提供了有力的武器。