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  • 1 # 飛賊克斯和康德馬特

    光具有波粒二象性,並不是說光有時候顯示粒子屬性,有時候顯示波的屬性,而是粒子和波的屬性是同時存在的。

    關於雙縫干涉實驗,早期的解釋也是存在爭議的,可以用波動說來解釋,也可以用粒子說來解釋。和聲波做對比,光同樣存在疊加後增強或減弱的現象——光的干涉,說明光具有波動性。但是楊起初把光波當做縱波,在解釋干涉現象時候出了問題,粒子說學派加以反駁。比如拉普拉斯用微粒說詳細分析了光的雙折射現象;馬呂斯和布儒斯特從實驗上發現了光的偏振現象並給出了偏振定律,即光在沿傳播路徑上的振動方向是不對稱的,這也是縱波里不可能出現的情況。但是楊很快理解到光應該是橫波,因為振動方向和傳播方向垂直,故完全允許光的偏振!後來,菲涅爾從理論上給出了光的干涉預言,並在瞭解楊的工作,成功建立了光的橫向傳播理論。夫琅和費用光柵做了光的衍射實驗,施維爾德對其結果進行了很好的波動說解釋。在麥克斯韋建立電磁波理論之後,赫茲的實驗確立了光其實就是電磁波,更加說明波動性本質。

    在量子力學建立之後,對光的本質認識更加清楚,光的最小單元是量子化的光子,能量是一份一份不連續的。但是,光子在空間上的分佈是滿足波函式規律的。也就是說,在能量-動量空間光子看似是“粒子”,但是在實際空間光子其實是“波”——它在空間上的分佈機率由波函式的模方來決定。在雙縫干涉實驗中,其實非常簡單,就是光子根本不知道是從哪個縫穿過去的,它是“同時”穿越的,因為其波函式覆蓋了雙縫的空間。因此,從量子力學意義上,是無法確定光子的傳播路徑的,只能說它從光源到熒光屏存在無數可能的路徑,包括同時穿越兩個狹縫。最終匯聚到熒光屏時,因為相位相干,導致明暗相間的干涉條紋。量子力學對雙縫干涉的解釋更加準確,不需要再糾結粒子還是波。

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