§6 量子力学的建立物质粒子的双重属性和量子力学的建立

1924 年，法国物理学家德布罗意（Louis Victor deBroglie）提出在原子世界中不仅电磁波有双重属性，既是波动，又是微粒，而且所有的物质粒子也都普遍有双重属性，既是波动，又是微粒。例如电子，人们熟知它是微小的带电微粒，但它又有波动性质。在电子运动传播时，既表现为一个个电子的运动传播，又表现为某种“电子波”的运动传播，可以表现出波的干涉、衍射等现象和特征。正因为物质粒子的这种基本性质，不仅是光量子，一切物质粒子都只能一个个地被发射和吸收，同时一切物质粒子运动时又都遵循波动运动传播的基本规律。德布罗意提出具有能量 E 和动量 P 的物质粒子又表现为频率ν和波长λ的波动，它们之间由普遍公式

E=hν，Pλ=h，

所联系。1927 年，美国物理学家戴维孙（Clinton JosephDavisson）、革末（Lester Helbert Germer）用电子束投射到镍单晶上，结果观察到和 X 射线照射同样的衍射现象。英国物理学家汤姆生（George Paget Thomson） 通过快速电子穿过薄金属片，也观察到了衍射图样。他们的实验证实了德布罗意的假设。

1925 年，德国物理学家海森伯（Werner Karl Heisen－berg）提出了矩阵力学，1926 年，奥地利物理学家薛定谔（Erwin Schroedinger）提出波动力学，并且证明矩阵力学和波动力学是等价的，它们是微观世界物质粒子运动的基本规律，量子力学的不同表述。从 1924 年到 1926 年，物理学经历了一场巨大的变革，物理学家们认识到微观物质粒子运动的力学规律不再是以牛顿三定律为基础的经典力学，而是反映物质粒子双重属性的量子力学。

物质粒子的双重属性使其运动行为和过去通常的了解很不相同。如果有一个电子，以一个确定的动量运动。按经典力学的了解，粒子将会沿一个直线轨道做匀速直线运动，并且在任一时刻粒子位置在哪里都是完全确定的。但是电子的双重属性表现为，当电子以一个确定的动量运动时，也表现为一个确定波长的电子波沿动量方向传播。然而具有确定波长的波动是一个无穷长平面波描写的电子，但在任一时刻粒子的位置在哪里却是完全不确定的。物质粒子的双重属性的一个重要表现是物质粒子的动量的不确定度ΔP 和位置不确定度Δx 之间满足关系式

ΔP·Δx＞ h

4ν

因此物质粒子不可能同时具有确定的动量和确定的位置，物质粒子的动量越确定，位置就越不确定。这个关系式称为不确定关系，反映了原子世界物质粒子的普遍基本特性。