在物理学里,长度与质量之间存在有两种基本关系。一种是广义相对论关系,粒子的史瓦西半径与质量成正比;另一种是量子力学关系,粒子的康普顿波长与质量成反比。
大致而言,康普顿波长是量子效应开始变得重要时的系统长度尺寸,粒子质量越大,则康普顿波长越短。史瓦西半径是粒子变为黑洞时的其所有质量被拘束在内的圆球半径,粒子越重,史瓦西半径越大。当粒子的康普顿波长大约等于史瓦西半径时,粒子的质量大约为普朗克质量,粒子的运动行为会强烈地受到量子引力影响。
普朗克质量为
kg,超大于所有已知基本粒子的质量;普朗克长度为
m,超小于核子尺寸。从理论而言,质量大于普朗克质量的物体是否拥有德布罗意波长这个问题不很清楚;从实验而言,是无法达到的。这物体的康普顿波长会小于普朗克长度和史瓦兹半径,在这尺寸,当今物理理论可能会失效,可能需要更广义理论替代。
2009年,伊夫·库德(Yves Couder)发布论文表示,宏观油滴弹跳于振动表面可以用来模拟波粒二象性,毫米尺寸的油滴会生成周期性波动,对于这些油滴的相互作用会引起类量子现象,例如,双缝干涉、,不可预料的隧穿、轨道量子化、塞曼效应等等。[3]
理论概述
在经典力学里,研究对象总是被明确区分为“纯”粒子和“纯”波动。前者组成了我们常说的“物质”,后者的典型例子则是光波。波粒二象性解决了这个“纯”粒子和“纯”波动的困扰。它提供了一个理论框架,使得任何物质有时能够表现出粒子性质,有时又能够表现出波动性质。量子力学认为自然界所有的粒子,如光子、电子或是原子,都能用一个微分方程,如薛定谔方程来描述。这个方程的解即为波函数,它描述了粒子的状态。波函数具有叠加性,它们能够像波一样互相干涉。同时,波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的机率幅。这样,粒子性和波动性就统一在同一个解释中。
之所以在日常生活中观察不到物体的波动性,是因为他们皆质量太大,导致德布罗意波长比可观察的极限尺寸要小很多,因此可能发生波动性质的尺寸在日常生活经验范围之外。这也是为什么经典力学能够令人满意地解释“自然现象”。反之,对于基本粒子来说,它们的质量和尺寸局限于量子力学所描述的范围之内,因而与我们所习惯的图景相差甚远。[4]”
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