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第27章 3.1 为什么物质波公式是准确的

我们通过光子的能量公式讨论了光子与以太海之间的以太作用,而现在,让我们通过物质波公式来研究质量粒子与以太海之间发生的以太作用。

物质波公式、普朗克常量,以及物质波公式,这三个公式可谓量子力学中最底层的公式,但在近现代物理学中,无人能说清它们三者的物理意义,只能将其作为常数或者经验公式,而现在我们已经知道,当光子通行于以太海时,光子中的全部能量会与以太海中释放出来的固定数量以太元素发生反应,那同样,当质量粒子这种以太结构通行于以太海时,以太海还是会释放出固定数量的以太元素与质量粒子发生反应。这部分固定数量的以太元素则与普朗克常量h相对应。

只不过,光子所携带的所有以太都会与以太海发生反应,所以在光子的能量公式中可以看到光子的能量E,但对于质量粒子来说,只有质量粒子的动能对应的那一部分以太元素才会与以太海发生反应,而粒子静能量对应的那部分以太元素不会与以太海发生反应,因为那部分以太元素被用来维持粒子在以太海中的形态,具体见后文。

光子中的以太元素,在以太海中激发出对应普朗克常量h的以太,两者发生反应,作用时间为t=h/E,光子和以太海的波动速度都是C,所以光子的波长λ=C*h/E。

粒子在以太海中的反应也是如此,粒子中的动能会从以太海中激发出对应普朗克常量h的以太,两者发生反应,作用时间为t=h/E动=h/(1/2mv^2),而以太海中激发出的以太会与粒子临时结合,虽然以太海波动的速度是C,但粒子的速度是v,而两者结合后的速度应以粒子的速度v为主,所以以太海波动会围绕粒子旋转,但它们的整体速度仍然为v。所以,在这样一个作用周期内,粒子的前行距离,或者说粒子激发出以太海波动的波长λ=v*h/E动=h/(1/2mv)=2*h/(mv)=2*h/p。p为粒子的动量。

信奉爱因斯坦的德布罗意,认为物质粒子也应该具有波粒二象性,所以也应该有波动性为,那质量粒子的波长应该遵循与光子波长相同的规则,而光子的波长等于普朗克常数与光子动量的比值,因此,在德布罗意于1923年提出的物质波波长的假设公式中,猜测质量粒子的波长λ=h/p,而后来的实验验证了这个猜测。

但我们刚刚说过,质量粒子在以太海中的波长应该是两倍的h/p,即比德布罗意给出的公式要大两倍,也比实验中验证到的质量粒子波长要大两倍,那这里是怎么回事呢?

答案很简单,也就是量子力学中所谓的“自旋”。

首先,由于质量粒子的外侧具有由单种以太元素构成的球壳,这使得质量粒子在空间中具有排他性。

其次,当质量粒子处于以太海中时,由于质量粒子中动能部分与以太海中激发出以太元素之间的作用,必定使粒子周围的以太海产生波动。

但波动是可以被抵消的,只要有另一个相位相反其他因素相同的波叠加其上。

因此,如果有两个同样的粒子,它们也具有同样的速度,或者动量,那它们在以太海中形成的波动或者完全相同,或者便是反相位波动。

如果它们形成的以太海波动完全相同,那按量子力学的说法,它们具有相同的自旋,它们产生的波动则不可以与空间中重合,它们激发出的以太海波动就会在以太海中彼此排斥。

如果它们形成的以太海波动刚好是反相位的波动,那它们具有相反的自旋,它们产生的波动可以相互抵消,因此,它们可以于同一处空间中,或者同一个粒子轨道中共存。

这也是量子学中泡利不相容原理背后的物理机制。

而粒子的自旋背后的机制,则与粒子内部光子的运动方向相关,具体见后文。

回到物质波波长这个话题,当人们在实验室中通过实验手段测量质量粒子的波长时,其实在显示屏上观测到的,是两种自旋的质量粒子形成的打把图的叠加,也因此最终出现的明暗条纹的密度会比单粒子形成的以太海波长繁密一倍。

也因此,虽然单独的质量粒子在以太海中激发出的波长的确是2倍的h/p,但当粒子的数量增加后,其中两种自旋的粒子各占一半,因此,如果我们按照实验测量的方法,像测量光波的方式去测量物质波的波长,也只能得到h/p的结论。

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