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　　电子是什么 潘雪 （华中师范大学物理科学与技术学院 2006 基地班， 武汉， 430079） Email:.edu.cn 摘要： 在研究原子光谱的过程中人们赋予电子量子的特性。 沃尔夫冈-泡利给予电子四个独立的量子数， 解释了 原子光谱谱线分裂的现象。 在人们发现光的粒子性后， 德布罗意提出了 物质波的概念， 经过实验验证证明的确存在物质波。 因为电子发生了 衍射。 但这些只能描述电子的行为， 却不能给出电子到底是什么呢？它既不是经典意义下的粒子， 我们得抛弃“粒子又确定轨道的概念”， 也不是经典意义下的波， 只是在传播过程中会发生干涉、 衍射。 玻恩把这种波叫做概率波，它满足薛定谔的波动方程。 而它的绝对值的平方对应于测量到的电子的概率。 电子的位置和动量也不可能同时具有确定值。 我们无法回答电子是什么， 只能去接受实验得到的事实。 关键词： 原子光谱， 电子、 波粒二象性、 衍射、 物质波， 概率波， 量子力学 电子是什么呢？ 以前以为电子就是在原子里面带单位负电荷的粒子，星空体育入口 就像玻尔模型所描述的那样， 电子在不同的轨道上运行， 可以发生跃迁， 从一个轨道跃迁到另一个轨道， 同时伴随着光子的发射或吸收。星空体育入口 然而实验得到按照玻尔理论预言的原子光谱谱线发生分裂， 一条分裂成多条。 对此沃尔夫冈-泡利提出了 最合理的解释， 他给予电子四个独立的量子数： 电子的角动量、 轨道的形状、 方位以及电子的自旋。 也就是在玻尔的三个量子数基础上增加了电子的自旋。 考虑了电子的自旋以后， 原子光谱的分裂就被成功的解释了。 然而后来人们又发现电子像波一样可以发生干涉、 衍射。 十九世纪末， 经典物理被认为是很完美的， 物理学家们觉得物理科学的大厦已经建成， 后辈们需要做的只是对大厦添砖加瓦、 缝缝补补的一些工作。 直到二十世纪初， 经典物理遇到了困难， 人们正是在克服这些困难时逐步认识微观粒子不同于宏观物体的性质的。 从而也发现了电子具有波动性。 首先， 是在对黑体辐射的研究时， 普朗克提出了“能量子” 这个概念。 他假定物质辐射光的能量是不连续的， 存在最小能量单元。 1905 年， 爱因斯坦在这一假定的启示下提出了著名假设： 光是粒子流;和频率为 v 的光子对应的每个粒子的能量是 hv，星空体育入口 它是光的结构单元， 称为光量子， 或光子。 康普顿效应进一步证实了光的粒子性。 就在人们研究光的粒子性的时候， 得布罗意反其道而行之，他认为在物质理论上， 人们太注重粒子图像而忽略了波的图像。 于是实验物理学家们就设计了电子衍射实验。 戴维孙和革末用镍单晶体做靶子， 观察到了电子的衍射现象， 从而证实了电子的波动性， 正如得布罗意预言的那样。 电子和光子一样具有波粒二象性在和物质作用时， 表现出粒子性；在空间中传播时， 表现出波动性， 会发生干涉、 衍射。 是不是只有大量电子一起传播才发生衍射呢？ 事实上， 即使让电子一个一个的通过“光栅”， 它们的轨道也是不一样的。 只要延长曝光时间， 在底板上就会看到斑点有规律的分布， 呈现为衍射图样。 这里还有一个问题， 大量电子一起时， 电子之间会有相互作用， 而电子一个一个通过“光栅” 时不会存在这样的作