普朗克长度(德布罗意的物质波的频率会小于普朗
先改一下题目错误,应该是“物质波的波长会小于普朗克长度”。
先说一下物质波(德布罗意波)
路易.德布罗意是一个真正的贵7代,是第七代德布罗意公爵。上一代是他的哥哥(也是物理学家)。这家伙从小就绝顶聪明,学啥会啥。读完中学后不知道学啥专业,就跑去学了历史。历史学了半拉子,看了庞加莱写的两本科学著作后,发现自己爱上了物理学。然后就转去学习物理,期间还当了两年小兵,参加了第一次世界大战。回来后继续读物理学专业。
图:路易.德布罗意
1924年,在光具有波粒二象性的启发下,德布罗意认为物质也具有这样的属性。于是他在博士论文中推导出了物质波的公式:
这个理论简直是太超前,几乎没人相信这个理论。他的导师朗之万也觉得太离经叛道了,于是就将论文寄给爱因斯坦看。爱因斯坦因为很忙,草草看了一下,给出了肯定的结论:“他已经掀起了面纱的一角”!
有了爱因斯坦的支持,这一理论传遍了物理学界。德布罗意也得到了他想要的博士学位。在三年后,这一理论就得到实验验证。而且启发了 薛定谔写出了薛定谔方程。
这一理论说明了所有的物质都具有波粒二象性,而且宏观物体同样具有波动性。
例如:一粒1千克的炮弹以每秒1000米的速度飞行(为了计算方便随便设置的数字,军事迷就不要杠了)。
它的物质波波长就是:6.626×10∧-37米。这比原子的直径10∧-15米还小,甚至比普朗克长度1.616×10∧-35还小。
这里再说一下普朗克长度的意义
普朗克长度是理论上能够探测的尺度下限。我们探测物体必须要发射一束电磁波到物体上,它会反射回来,并被探测到。这就像我们要看见一个物体时,物体反射的光进入我们的眼睛,我们才能看见它一样。
图:普朗克
物体太小时,必须发射波长更短的电磁波去探测它。波长就象卡尺一样。但波长越短,它所含的能量就越高。
这时,如果需要探测一个极小尺度的粒子,就需要发射一束波长极短的电磁波去探测。这个能量会高到撞击到微小粒子时,粒子会成为一个量子黑洞。探测就失败了~黑洞会吞噬掉光子。这个极小尺度就是普朗克长度:1.616×10∧-35米。所以,在物理学里,低于普朗克尺度的长度是无意义的。
需要注意的是,普朗克长度是一个计算值,而不是测量值。人类远达不到测量如此之小尺度的能力。
1千克炮弹飞行时的物质波波长低于普朗克长度,这并不是错误的。这只能说明宏观物体的物质波是理论上无法被探测到的。