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  • 1 # 媽咪說MommyTalk

    波粒二象性指所有微觀粒子或者說量子都具備波動和微粒兩種性質。

    什麼是波動性?水波就是最常見的波。

    波具有波長和頻率,波長就是一個完整波的長度,也是一個完整週期的傳播距離。頻率就是單位時間內完成周期性變化的次數。

    為什麼說具有波動性?

    我們最長用的判斷方法是波可以用干涉。什麼是干涉呢?頻率相同的兩列波疊加,使某些區域的振動加強,某些區域的振動減弱,而且振動加強的區域和振動減弱的區域相互隔開。這種現象就叫做波的干涉。比如水波的干涉:

    光波也可以進行干涉,最著名的實驗:楊氏雙縫干涉。把一束光透過兩個相距很近的夾縫之後就會產生干涉現象,並在後面的擋板上出現明暗相間的條紋,這就是光的干涉現象。因此我們說光是波。

    什麼是粒子性?

    1887年的時候,赫茲(德國物理學家)發現金屬板在光的照射下會釋放出電子,形成電流,後來愛因斯坦提出了光量子說,解釋這種現象,這就是著名的光電效應。

    為啥說光電效應能夠證明光量子的粒子性呢?還得從光電效應的實驗說起。金屬板是否射出電子,與照射光的強度無關,與照射的時間長短也不管,只與光的頻率有關。只要光的頻率高於金屬的極限頻率,及時光線再暗,電子都會瞬時產生,(不超過10^-9秒)。正確的解釋是光必定是由與波長有關的嚴格規定的能量單位(即光子或光量子)所組成。

    所以光電效應很好的證明了光子的粒子性。

    那你可能會問了,是不是可以這樣理解,一個光子具有粒子性,而一束光子具有波動性?

    實驗告訴我們這麼理解也是錯的。問題就在於,一個光子也具有波動性,這正是前面說的,波粒二象性是粒子的特性,而粒子群。

    上面說的雙縫干涉實驗,如果把光源去掉,我們採用單光子,一個一個的發射,結果讓人會在擋板上產生干涉條紋,這正是難以理解的地方。同理,我們把光子換成電子仍然會得到相同的結果。因此,單光子也滿足波動性。

    世界總是如此奇妙,下圖是瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家拍攝出了有史以來第一張光既像波,同時又像粒子流的照片。

  • 2 # 科學認識論

    其實所有的微觀粒子都有波粒二象性,只是明顯與否罷了。其實電磁波的傳播子是光子,電磁波的波粒二象性可以理解成光的波粒二象性。

    我希望對這個問題有一個較為深入的回答。那麼我們首先要回溯到人們對光的認識

    其實在古代文明中,人們就開始思考這個問題,比如古希臘曾經有人認為太Sunny就是由微小的原子構成的。當然這是對最早的原子論的一種發揚。

    物理上最早論述光的性質便是笛卡爾等人了,他認為光是一種類似於水波的機械波。

    但隨後有個名為伽桑狄的數學家提出了光是微粒的學說。這種說法也得到了牛頓的大力發揚,牛頓反對光的波動說。由於他當時在科學界的地位,光的粒子說一度統治了物理界。

    但是以胡克和惠更斯為首的人依舊支援光的波動說。波動說在100多年後也得到了托馬斯楊關於光的干涉實驗支援。

    到那時為止,人們也很糾結,光如果僅是粒子的,那麼它就不可能有衍射和干涉現象。如果光僅是波,那麼光就可以繞開障礙物,而並非是直線的傳播了。

    法拉第隨後提出,光就是一種頻率比較高的電磁波而已。但是這時候關於光到底是粒子還是波還沒有統一的說法。貌似光既有波的性質也有粒子的性質。

    但是這個時候學界普遍放棄了牛頓的粒子說,轉而支援波動說。這時的波動學曾一度佔了上風。

    舊量子理論的誕生才開創性的解答了這個千年難題

    1905年,愛因斯坦藉助了普朗克的量子化概念,把光的粒子性描述為光量子,繼而復活了光的粒子說,但是愛因斯坦所說的光子和牛頓的光粒子學說是不同的。光子是光量子,它沒有靜止質量,不是牛頓認為的:光是由普通的微粒構成。

    為了完美解釋光的波動性和粒子性,德布羅意等人開創性的提出了波粒二象性的概念。

    這是一個全新的概念,光會顯示出波動性,也會顯示出粒子性。光的波動性體現在頻率和波長上,光的粒子性體現在動量和位置上。

    根據哥本哈根學派的解釋,光的波動性和粒子性不能同時被測量出來。測量行為發出的光子會擾動被測量光子的波粒二象性,導致只能體現出粒子性,而喪失波動性。

    也可以說,光子的動量和位置不能同時被測量出來,動量測得越準,那麼位置資訊就越模糊,反之亦然。

    為什麼會出現不確定性呢?海森堡認為這是測量行為的干擾結果。但隨後有理論認為,這可能就是粒子的內稟屬性,測量與否都會存在不確定性。

    其實對光的波粒二象性的理解難度主要體現在對不確定性原理的解釋上。這也是科學家需要進一步研究的課題。

  • 3 # stemmer

    波粒二象二象,波粒二相一相。

    波粒二象性,又譯作,波粒二相性。

    一、二象性一一二象,二相性一一一相。

    微觀粒子,用波去觀測,它是波,用粒子去觀測它是粒子,用波和粒子同時去觀測,它依然只呈現一面,要麼是波,要麼是粒子。

    更神奇的是,先用粒子去測,呈現粒子性,粒子再用波去測,又呈現波特性。明知是波,遇到粒子,卻又呈現粒子性。

    人們想了解微觀粒子的波引數,用自干涉、用自衍射,或用另一種波去疊加,去實驗,去驗證,結果是波。

    人們想了解微觀粒子的粒子性,用同類碰撞,用軌跡特徵,或用另一種粒子去相互作用,去實驗,去驗證,結果是粒子。

    最經典的實驗是楊氏雙縫實驗和光電效應。

    波粒二象性,二象一一即是波,又是粒子。

    現有科學共同體理解為玻爾互補原理。微觀粒子即是波又是粒子,同時具有兩面性,一面是波,一面是粒子,是互補的,又是相互排斥的,永遠不會同時呈現兩面性。

    波粒二相性,每時每刻只呈現一相。

    波粒二相性,一相一一或波相,或粒子相。

    二、微觀粒子的粒子相,本質是波包。

    波粒二象性,可以有新解釋,新理論。

    波比粒子性更本質。

    原子模型中,原子由電子、質子、中子組成。顯微鏡下,電子佔據原子絕大部分空間,表現為電子雲,原子核僅佔一點點空間,由質子、中子共同組成,質子與中子只相差一個電子,一箇中子可衰變為一個質子、一個電子和(正反)中微子。中子星中,由於引力效應大於電子簡併壓力,將外圍電子壓進原子核中,將質子變成了中子。

    電子雲有軌道,為駐波,電子在不同軌道間躍遷,產生光電效應,吸收或發射特定波長的光。

    質子與中子本質上只差一個電子和一份能量。

    原子核中存在電子,電子跑到一個質子那邊,那個質子就變成了中子,中子中的電子跑走了,那個中子就變成了中子。原子核其實,由質子與電子構成,電子在哪裡,哪裡就是中子。由於質子帶正電,相互排斥,每個相鄰的質子間,必有電子相隔,才可形成穩定的原子核。由此,註定了,原子核中的電子數得不少於質子數,表現為常見元素中的質子數總是不多於中子數,而無一例外。

    光就是電磁波,光是波更本質。

    電子雲是駐波,電子是波也更本質。

    電子雲軌道由原子核中質子、中子共同決定, 反過來,電子運動,也同樣影響原子核中質子、中子的運動。最特殊的是中子星形成,更一般的是,電子運動深深影響著質子運動,說得更白點,電子與質子中的正電子互動。電子有軌道,正電子運動更有軌道,電子是駐波,正電子也是駐波。

    質子是駐波,質子是波也更本質。

    中子是駐波,中子是波也更本質。

    電子、質子、中子是波更本質。

    三、粒子相是波包,是表相。

    除了光,電子、質子、中子稱為子,粒子相明顯,其根本原因,在於,電子、質子、中子都是駐波,都是束縛狀態下的駐波,一般情況下,整體運動,整體與外部互動效應,整體呈現粒子性。

    光,大自然普遍產生的光,來自於光電效應,光電效應是電子軌道躍遷,是電子躍遷之下的波包能級差,波包能級本身是駐波,駐波減去駐波,結果依然是波,雖然光電效應產生的光,能量分級,一級級的,呈量子性,然而,不能說明光是不可分的粒子。

    光,是波!光,是粒子?單光子還沒發現呢!

    粒子相是波包,是表相,是波的表相。

    微觀粒子,稱為粒子,本質是波,一相。

    結論:波粒二象二象,波粒二相一相。

  • 4 # 淡漠乾坤

    在黑夜中,我們看到發光的魚無規則地上下晃動;在生活中,發現有不少的人患有巨嬰症;在天空中,會不時地有飛機✈️從頭頂上掠過。對於以上這些我們早已熟悉的現象,如果僅僅是從魚、患者和飛機來理解的話,就一定會覺得他們的行為異常詭異。只有考慮到他們各自存在的背景,才會有一種豁然明瞭的感覺。

    魚的晃動,與海水的波動有關;巨嬰症的產生,離不開獨生子女的家庭環境;而飛機則是其不對稱的機翼,藉助於速度,使空氣產生升力,從而實現飛行的。

    上述的分析,使我們認識到一個道理,即自然界根據人類的認識,可以劃分為物理背景和物理物件,所有的物理事件都是物理背景與物理物件的相互作用。這種二維的觀點可以從物理機制的角度來幫助我們認識世界,對於物體的波粒二象性也不例外。

    宇宙是由量子構成的,離散的量子構成物理背景即空間,由高能量子組成的封閉體系就是物理物件即物質。因此,所有物體的行為(物理現象)都離不開量子空間的影響。

    具體到微觀粒子的波粒二象性,是因為微觀粒子的直徑遠小於空間量子之間的距離,類似布朗運動(花粉在水中的不規則運動),導致了空間量子對微觀粒子的不對稱碰撞,即物體體積的變小,導致了量子空間的對稱性破缺。

    這種二維的認識方法非常有效,任何引起量子空間對稱性破缺的情況,都會顯現出量子空間的存在。

    比如,在高速的情況下,任何物體都無法超過光速,屆時只能以相對於空間勢能的形式來增加其能量,即所謂質量隨速度的增加而增加;而且,由於光子的靜質量非常小,表現為其能量只有相對於空間的勢能,從而表現為光速不變性。

    比如,大質量物體的旋轉會對其臨近的量子空間產生影響,使區域性的量子空間部分的轉動,而離心力是相對於其物理背景(空間)的速度產生的。因而,萬有引力公式對於大物體(星系)來說會產生偏差,並不需要增設暗物質來予以解釋。

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