Über die 'de Broglie-Hypothese' und das Doppelspaltexperiment

BEARBEITEN: Wie ich in meiner ursprünglichen Frage erwähnt habe, habe ich nicht den Hintergrund, um die Antwort von @Timaeus vollständig zu verstehen (was in der Tat sehr detailliert war). Ich würde mich freuen, wenn jemand eine Antwort auf die „klassische Physik“ geben könnte, auch wenn sie nicht so detailliert ist, um einige Dinge selbst ein wenig klarer zu machen. Außerdem würde ich gerne wissen, was der Unterschied zwischen den Begriffen "Welle" und "Wellenfunktion" ist und wie zwei ungeladene Teilchen in dem Experiment interferieren würden, das durch die Emissionsquelle eines einzelnen Teilchens demonstriert wird.

Ohne genügend theoretischen Hintergrund in Physik poste ich diese Frage, die eigentlich zwei verwandte Teile hat.

Wellenfunktion und 'de Broglie-Hypothese':

Soweit ich verstehen kann, wird die Wellenfunktion von masselosen Teilchen durch die Größenänderung einer bestimmten Teilcheneigenschaft beschrieben, dh die Wellenfunktion eines Photons wird als die Änderung der Intensität seines EM-Feldes im Laufe der Zeit beschrieben. Diese Welle bewegt sich mit Geschwindigkeit durch den Raum C und trägt Energie gleich H F .

Andererseits legt die 'de Broglie-Hypothese' nahe, dass 'alle Materie Welleneigenschaften hat' und die Wellenlänge dieser Funktion gleich ist λ = H / P = H / M v γ 1 . Hier kommt nun meine erste Frage: Auf welche Teilcheneigenschaft bezieht sich diese Wellenfunktion? Oder beschreibt diese Wellenfunktion tatsächlich die Bewegung des Teilchens (~) bei gleichzeitigem Transport durch den Raum mit Geschwindigkeit v ,Tragen K E ?

b) Auf welche physikalische Eigenschaft bezieht sich das Interferenzmuster in dem Doppelspaltexperiment, das durch eine Einzelelektronen-Emissionsquelle demonstriert wird? Ist dieses Muster das Ergebnis der Interferenz der EM-Welle des beschleunigenden Elektrons oder etwas anderes? Wenn die Quelle 'n' einzelne Elektronen emittiert, wie viele Ankünfte von Materie erkennen wir dann auf dem Schirm?

Die Wellen, die Sie mit Wellenfunktionen assoziieren, tragen in keiner Weise Energie. Sie sind Wahrscheinlichkeitsamplitudenfunktionen. Sie haben jedoch einen Erwartungswert an Energie.
@ aJ1974: Ihr Teil (a) wird durch die de Broglie-Beziehung beantwortet: Die Wellenlänge hängt vom Impuls des Quantenteilchens ab und gilt sowohl für massive als auch für masselose Teilchen. Teil (b), bezüglich des Doppelspalt-Interferenzmusters, sind es die durch die Wellenfunktion gegebenen Wahrscheinlichkeitsamplituden, die interferieren. Die Hypothese von de Broglie inspirierte Shroedinger, die Shroedinger-Gleichung zu erstellen; es wird zu einem grundlegenden Teil des Quantenwellenbildes.
@aK1974, ich wollte nur einen Punkt posten, der dir vielleicht schon bekannt ist. de broglie ordnet jedem Teilchen eine Welle zu, aber Wellengeschwindigkeit und Teilchengeschwindigkeit sind im Allgemeinen unterschiedlich. Die Wellengeschwindigkeit ist nur c für Licht/Photonen, nicht für massive Teilchen. Die De-Broglie-Hypothese führt zu dieser Gleichung w = C 2 v , wobei v die Teilchengeschwindigkeit und w die Wellengeschwindigkeit ist. Bei Licht/Photonen v = C also auflösen nach w wir bekommen w = C Auch. Für Licht sind also die beiden Geschwindigkeiten gleich, aber für massive Teilchen ist v immer kleiner als c, und daher ist w größer als c.

Antworten (1)

Es gibt zwei Ansätze zur Quantenmechanik: die nichtrelativistische Quantenmechanik und die Quantenfeldtheorie.

In der Quantenfeldtheorie gibt es für jede Art von Teilchen/Antiteilchen eine Welle im physikalischen Raum. Ein Photonenfeld, ein Elektron/Positron-Feld, ein Myon/Antimyon-Feld und so weiter. Aber die Felder werden vom Bediener bewertet und sind ziemlich komplex. Und es gibt kein sauberes Ding, das einem einzelnen Teilchen entspricht. Das eine Feld repräsentiert kollektiv alle Photonen und dergleichen im gesamten Universum.

In der nichtrelativistischen Quantenmechanik müssen Sie eine Reihe von Teilchen auswählen, z N Teilchen und dann hat jedes einen Spinraum C , oder C 2 , oder C 3 oder C k und dann ist die Wellenfunktion eine Funktion aus R 3 N (Beachten Sie, dass dies der Konfigurationsraum ist, der viel größer als der physische Raum ist) und es geht hinein C k 1 C k 2 C k N .

Diese Welle bewegt sich mit Geschwindigkeit durch den Raum C und trägt Energie gleich H F .

Das passiert nie.

Andererseits legt die 'de Broglie-Hypothese' nahe, dass 'alle Materie Welleneigenschaften hat' und die Wellenlänge dieser Funktion gleich ist λ = H / P = H / M v γ 1 .

Der P ist kanonischer Impuls, nicht mechanischer Impuls. Und selbst wenn es sich um einen mechanischen Impuls handeln würde, wären die richtigen Formeln Dinge wie P = E v / C 2 (was für alle Teilchen gilt) nicht P = γ M v (was nur für massive Teilchen gilt).

Nur weil einige Formeln beliebter sind und für einige Spezialfälle gelten, sind sie noch lange nicht die richtigen Formeln.

Hier kommt nun meine erste Frage: Auf welche Teilcheneigenschaft bezieht sich diese Wellenfunktion?

Die Wellenfunktion beschreibt alle Eigenschaften aller Teilchen.

Oder beschreibt diese Wellenfunktion tatsächlich die Bewegung des Teilchens (~) bei gleichzeitigem Transport durch den Raum mit Geschwindigkeit v ,Tragen K E ?

Es ist eine Welle im Konfigurationsraum. Der Wahrscheinlichkeitsstrom beschreibt also Flüsse im Konfigurationsraum. Ein Punkt im Konfigurationsraum ist eine Zuordnung von Orten zu allen Teilchen. Es ist also ein Fluss von einer Konfiguration aller Teilchen zu einer anderen Konfiguration aller Teilchen.

b) Auf welche physikalische Eigenschaft bezieht sich das Interferenzmuster in dem Doppelspaltexperiment, das durch eine Einzelelektronen-Emissionsquelle demonstriert wird?

Das Interferenzmuster befindet sich in den Resten der Orte der Teilchen.

Ist dieses Muster das Ergebnis der Interferenz der EM-Welle des beschleunigenden Elektrons oder etwas anderes?

Etwas anderes. Die Interferenz des Spins im Konfigurationsraum. Mit einem Rest über den Positionen des Bildschirms. Gemessen durch die Frequenz eines statistischen Ensembles, die sich auf die Gesamtamplitude einer einzelnen Instanz des Ensembles bezieht.

Wenn die Quelle 'n' einzelne Elektronen emittiert, wie viele Ankünfte von Materie erkennen wir dann auf dem Schirm?

Weniger als N wenn einige auf dem Weg zum Bildschirm auf die Barriere treffen. Das Ensemble ist alles N und in der nichtrelativistischen Quantenmechanik erhält man die Vorhersage der Frequenz verschiedener Orte aus der Wellenfunktion für nur ein Elektron.

Ich danke Ihnen sehr für Ihre Antwort. Um ehrlich zu sein, verstehe ich nicht alle Aspekte Ihrer Antwort vollständig, aber dies überwindet offensichtlich mein derzeitiges Wissen über das Problem. Ich behalte dies als Ausgangspunkt für weitere Recherchen!
@Timaeus, kannst du den Unterschied zwischen mechanischem und kanonischem Impuls erklären. In der Hypothese von De Broglie mit der Gleichung λ = H P , Die P Ist γ M 0 v für ein massives Teilchen gemäß Rindlers "Introduction to Special Relativity" S.83. Wo v ist die Teilchengeschwindigkeit. Ist das falsch?
@AmeetSharma Es kann in einigen Sonderfällen gelten. Wie für ein ladungsloses Teilchen oder ein Nullvektorpotential. Aber es ist eine völlig falsche Charakterisierung des Impulses in der Quantenmechanik. Die Wellenlänge in der Quantenmechanik hängt mit dem kanonischen Impuls zusammen. Manchmal ist der kanonische Impuls gleich dem mechanischen Impuls. In den einfachsten Fällen, die oft als erste eingeführt werden, tut es das.
@Timaeus, danke für die Erklärung. Aber historisch betrachtet, als de Broglie seine Hypothese aufstellte, dachte er in Begriffen von kanonischem oder mechanischem Impuls?
@AmeetSharma Das ist eine Frage für den Stack-Austausch der Geschichte der Wissenschaft. Aber wenn das von ihm betrachtete Beispiel ein Null-Vektorpotential hatte, dann sind sie für diesen Spezialfall nicht anders.