光到底是粒子还是波?

用户3708573291


普遍认为光具有波粒二象性(即同时具有波的性质和粒子的性质)


问题来源

自从双缝干涉实验(号称物理界最诡异的实验之一)之后,光到底是波还是粒子就一直困惑着世人,也引发了物理界的一众争论,甚至还成了薛定谔的猫的发源地。

这样的纷争直到爱因斯坦的光量子假说的提出才告一段落。



波粒二象性

波粒二象性是爱因斯坦于1905提出的光量子假说来解释双缝干涉实验的产物。

即认为光是一束束以光速运动的粒子流,且每一份光粒子都携带着一份能量。光一方面具有波的性质,如干涉、偏振、波动性,一方面又具有粒子的性质,如光电效应等。从这两方面可以看出光既不是单纯的波,也不是单纯的粒子,而是同时具有波和粒子的波粒二象性物质。



值得注意的是这虽然是经过不断探索得出的结论,但这也不是最后的答案。对于光究竟是波还是粒子,我们所知道的实在是微乎其微。

光到底是什么,是波还是粒子,还是一种我们从未认识过的新物质?这也依然是当代科学家仍然苦苦思索的问题


爱了个科学


首先,我们必须了解一个有趣的实验。

双缝干涉实验

当有一个单色点光源发出光线,照射到有两条距离较近闷平行细缝挡板上,在此挡板后的的接光屏上会出现像斑马线一样的明暗分明的平行线段。条件(相干光源:频率相同,振动方向平行,相位相同或相位差恒定的两列波)

要了解其原理,我们可以用类比的方法去整解。

找一个平静无杂波的水面,在水中间放置有两条平行缝的挡板(保证水能流过缝细),待水面平静后在一侧适当位置以适当方式使水面产生以一个点为中心的扩散水波,并观察水波经过挡板后产生的波纹,类似下图:

所以,形成条纹的原因是“水波”通过两细逢后穿出的“水波”的波峰和波峰、波谷和波谷相叠加使两个波峰形成波幅更强或更弱的波幅单色光经过双缝后,在屏上产生了明暗相间的 干涉条纹。(当屏上某处与两个狭缝的路程差是半波长的偶数倍时,则两列波的波峰叠加,波谷与波谷叠加,形成

亮条纹。当屏上某处与两个狭缝的路程差是 半个波长的奇数倍时,在这些地方波峰跟波谷相互叠加,光波的振幅互相抵消,出现 暗条纹 。)

这说明光具有波的性质。任何有波的性质都能产生干涉条纹。

但当你想要准确观察每个“光子”的行径时,奇怪的事就发生了

接光屏上的干涉条纹消失了!出现了两条缝细对应的投影光线,这时“光子”就有了宏观中粒子的性质。

所以光同时具有波和粒子的性质,这就是量子力学中的波/粒二象性。

这是微观粒子的基本属性之一。指微观粒子有时显示出波动性(这时粒子性不显著),有时又显示出粒子性(这时波动性不显著),在不同条件下分别表现为波动和粒子的性质。一切微观粒子都具有波粒二象性。


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