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光是波還是粒子?為何?

2023-11-01 11:23:47信息公告52

光是波還是粒子?為何?NJF物理好資源網(原物理ok網)

光,既是波又是粒子,同時具有兩種特點,又被稱為波粒二象性。光在宏觀上顯示出波的性質,以電磁波的方式充溢能量,在微觀下,突顯出粒子的性質。至于為何,且聽我漸漸剖析。NJF物理好資源網(原物理ok網)

光的波動性NJF物理好資源網(原物理ok網)

光的研究歷史和熱學一樣知名,早在古埃及時期人們就早已發覺了光的反射現象,但在近現代之前人類對于光的本質的理解幾乎再沒有進步,只是逗留在對光的傳播、運用等通俗的層面上。直至近現代,對光的研究才開始迅速發展;德國化學學家惠更斯是第一次比較完整的提出光波動原理,又稱惠更斯原理。惠更斯原理覺得:對于任何一種波,從波源發射的子波中,其波面上的任何一點都可以作為子波的波源,各個子波波源波面的包洛面就是下一個新的波面波粒二象性,在此原理基礎上,他推倒出了光的反射和折射定理,完滿的解釋了光速在光密介質中減少的緣由,同時還解釋了光步入冰洲石所形成的雙折射現象,但它卻未能對光的衍射現象做出解釋,也就是它可以確定光波的傳播方向,而不能確定沿不同方向傳播的震動的振幅。直至后來,菲涅耳對惠更斯的光學理論作了發展和補充,成立了“惠更斯--菲涅耳原理”,才較好地解釋了衍射現象,完成了光的波動說的全部理論。并且因為不能挺好的解釋衍射效應,不久牛頓提出了光微粒說,因為當時牛頓的學術地位,人們普遍覺得光具有粒子性。NJF物理好資源網(原物理ok網)

波粒二象性_波粒四象性_什么叫波粒二象性NJF物理好資源網(原物理ok網)

光的粒子性NJF物理好資源網(原物理ok網)

知名化學學家牛頓在《光學》一書中較為全面的論述了光的特點,光具有粒子性,1655年,牛頓通過三棱鏡將光分解下來,在發覺這種重要現象的同時,按照光的直線傳播性,覺得光是一種微粒流,微粒從光源飛下來,在均勻介質內遵照熱學定理作等速直線運動,而且用這些觀點對折射和反射現象作了解釋。這可以合理解釋光的直線傳播和反射性質。并且,對于光的折射與衍射性質,牛頓的解釋并不很令人滿意,他遭到到了較大的困難。直至十九世紀初衍射現象被發覺,光的波動理論才重新得到承認。而光的波動性與粒子性的爭辯未曾消弭,直至奇特的光的雙縫實驗被驗證。NJF物理好資源網(原物理ok網)

雙縫干涉實驗NJF物理好資源網(原物理ok網)

在雙縫實驗里,從光源傳播下來的相干光束,照射在一塊刻有兩條狹縫的不透明擋板。在擋板的旁邊,擺飾了攝影膠片或某種探測屏,拿來紀錄抵達的任何位置的光束。最右側黑白相間的橫條,顯示出光束在探測屏的干涉圖樣。就是說已知光是粒子性的情況下凸顯出了光的波動性,這個怪異的實驗也由此打開了量子熱學的房門。具體實驗是讓一束光源通過雙縫,之后再雙縫旁邊的光屏里面觀察到了干涉白色,這是因為光具有波動行你們都曉得,此后當人們一個一個發射光子或電子的時侯最終依然在光屏上出現了疏密相間的橫條,這令科學家大吃一驚。NJF物理好資源網(原物理ok網)

波粒四象性_什么叫波粒二象性_波粒二象性NJF物理好資源網(原物理ok網)

圖注:雙縫實驗示意圖NJF物理好資源網(原物理ok網)

圖注:單個電子雙縫實驗NJF物理好資源網(原物理ok網)

光具有波粒二象性波粒二象性指的是所有的粒子或量子除了可以部份地以粒子的術語來描述,也可以部份地用波的術語來描述。。愛因斯坦這樣描述這一現象:“好像有時我們必須用一套理論,有時侯又必須用另一套理論來描述(這種粒子的行為),有時侯又必須二者都用。我們遇見了一類新的困難,這些困難促使我們要依靠兩種相互矛盾的的觀點來描述現實,兩種觀點單獨是未能完全解釋光的現象的波粒二象性,并且合在一起便可以。”波粒二象性是微觀粒子的基本屬性之一。NJF物理好資源網(原物理ok網)

圖注:關于光為何凸顯出兩種性質圖解NJF物理好資源網(原物理ok網)

光具有波粒二象性,在托馬斯楊的雙縫實驗后,普朗克的的宋體幅射定理,以及愛因斯坦的光電效應也都給出了明晰的解釋。但我們一直沒有完全洞察到光為什么會突顯出這些性質,我們不得而知,必將還有更多的秘密等待著我們去發覺。NJF物理好資源網(原物理ok網)

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