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1 # 艾伯史密斯
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2 # 閒時亂翻書
先說一下結論吧,波粒二象性是物質的一種基本屬性,任何物質都具有這個特性,只不過對於宏觀物體來說,表現的可以忽略不計,所以我們平時感受不到。
下面我們回顧一下光的歷史。
在歷史上,對於光的性質,一直有波動說和微粒說之爭。
惠更斯
波動說的代表是法國科學院的掌門人惠更斯和英國的胡克,惠更斯是一位大神,他本是荷蘭人,卻是法國科學院的掌門人,我們耳熟能詳的動量定理就是他提出的,這可比牛頓還要早,至於胡克,那更不必說,雖然說被牛爵爺虐出了翔,但當時也是英國科學界的翹楚,當然,胡克和惠更斯也沒少吵架,當然,他們不為光學吵架,畢竟是盟友嘛,他們爭吵的是手錶上的遊絲彈簧的發明權,現在看來,應該是各自獨立發明的。
一般情況下,科學史上,有爵爺的地方,就意味著血流成河,這一點胡克和萊布尼茨表示同意。
由於爵爺在物理學上的地位,微粒說佔據了上風,而且微粒說也確實符合我們的生活常識,例如光的折射反射現象,在爵爺的帶領下,波動說節節敗退,眼瞅著爵爺就要千秋萬載,一統江湖了,這時候,托馬斯.楊跳了出來。
托馬斯楊
托馬斯.楊是一位天才,在科學界,天才並不稀罕,前有牛頓,後有愛因斯坦,都是亙古少見的天才,而托馬斯.楊還是一位全才,這就不多見了,他的主業是行醫,最廣為人知 的貢獻卻是在物理學,還是古埃及象形文字的權威,另外,琴棋書畫無所不通,還會耍雜技走鋼絲,這樣的人來當爵爺的對手也夠格了。
托馬斯.楊在他的《自然哲學講義》中描述了雙縫干涉實驗
把一支蠟燭放在一張開了一個小孔的紙前面,這樣就形成了一個點光源(從一個點發出的光源)。現在在紙後面再放一張紙,不同的是第二張紙上開了兩道平行的狹縫。從小孔中射出的光穿過兩道狹縫投到螢幕上,就會形成一系列明、暗交替的條紋。雙縫實驗
這個實驗就是大名鼎鼎的楊氏雙縫干涉實驗,現在已經被人們熟知,甚至都進入了中學物理課本,但是在當時卻是冒天下之大不韙,因為螢幕上出現的一系列明暗交替的條紋就是干涉條紋,而干涉現象只有波才有,這就意味著牛頓錯了。
而牛頓怎麼會錯呢?爵爺是神啊,一時間天下大亂,托馬斯楊被嘲諷為荒謬和不合邏輯,他的實驗成果二十年無人問津,不過托馬斯楊應該感到慶幸了,還好他不是生活在布魯諾的時代,否則又要燃起大火了。
那麼如何才能確認光是一種波呢?這要等待歷史上最佳豬隊友泊松出現了。
泊松是牛爵爺的忠實擁躉,以消滅波動說為己任,1818年,法國科學徵文大賽的題目就是光的衍射,而評委會首席專家就是當時最偉大的數學家泊松。
少年菲涅爾早早就提交了論文,在大賽之前就得出了結論,認為光是一種波,有衍射現象。
菲涅爾
對於菲涅爾的論文,泊松嗤之以鼻,並且計算得出,如果菲涅爾的理論正確,那麼在光的傳播路徑上放一塊不透明的圓板,由於光在圓板邊緣的衍射,在離圓板一定距離的地方,圓板陰影的中央應當出現一個亮斑,在當時來說,這簡直是不可能的,即便現在看來,這也有點不可思議。
少年菲涅爾之前也沒有想到自己的理論會有這麼一個神奇的結果,因為要計算出這個亮斑需要高深的數學技巧,而泊松是當時最負盛名的數學家,得出這個結論自然是易如反掌。
泊松亮斑
但是菲涅爾還是接受了挑戰,經過精心的實驗,終於到了見證奇蹟的時刻,在圓板陰影的中心居然真的出現了一個亮斑,而這個亮斑因此也被稱為“泊松亮斑”,這個事件也就成了科學史上最大的打臉事件。
好了,現在光是一種波已經確認無疑了,那麼光的粒子性如何體現呢?
這要等到愛因斯坦出場了,雖然說愛神是靠懟爵爺上位的,但是在對待光的粒子性上,兩位卻配合地出奇的默契。
1905年,這一年是愛因斯坦年,這一年愛因斯坦寫了五篇論文,其中一篇就是關於光電效應的,就是這一篇愛因斯坦獲得了他唯一的一次諾貝爾獎,其實那五篇論文都足以獲諾貝爾獎。
光電效應指的是某些物質會在光的照射下,內部的電子會被激發出來,形成電流,我們現在應用的光電開關就是依據這個原理製造的。
光電效應最早由赫茲提出,卻是由愛神做出了正確的解釋。
依照波動說,只要光照時間足夠長,光強足夠大,就能出現光電效應,而實際中,物質是否發射電子只和光的頻率有關,而和光強無關,而且,能發射就能發射,和光照時間無關,而這是波動說不能解釋的。
愛神吸取了普朗克的量子假說,指出光在吸收和發射時能量是一份一份的,光本身也是由一個個不可分割的能量子組成的,這些能量子叫做光子,這就是光的粒子性。
不過此時的光的粒子性和牛頓的微粒說在實質上已經完全不同,只是形式上類似。
那麼光既是一種波,又是一種粒子,那麼到底是什麼呢?那就是光的波粒二象性,那麼其他物質呢?是不是也具有波粒二象性呢?
愛因斯坦表示,我很忙,我要去研究相對論,留個小尾巴,你們玩吧。
愛神不帶大家玩了,不代表沒有人玩,德布羅意說我有一個想法。
那是一個星光璀璨的時代,量子力學諸位星星共耀天空,其中一顆耀眼的星星就是德布羅意。
看照片,德布羅意確實有點玩世不恭
德布羅意傳說是一個花花公子,德布羅意傳說用一頁紙論文獲得了博士學位,這些傳說都是不對的,和量子力學的諸位星星一樣,德布羅意同是人類的巔峰。
1924年,德布羅意提出物質波假說,指出波粒二象性不只是光子才有,一切微觀粒子,包括電子和質子、中子,都有波粒二象性。而且不只微觀粒子,就是宏觀物質也具有波粒二象性。
1927年,電子的波粒二象性被證實,物質波由假說成為現實。
電子衍射圖樣
這個理論想想也挺好玩的,假如有左右兩個門,我們就不會知道我們要走進哪個門,既有可能走進左邊,也有可能走進右邊,這純粹是個機率問題,但是這種情況在宏觀世界中不會發生,因為宏觀物質的波動性可以忽略不計。
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3 # 物理特斯拉
1.學過物理的人都知道光具有波粒二象性。物理學的整個發展史有人將其總結為一部光的發展史,具體都是圍繞光究竟是什麼來展開。歷史上,光是波和光是粒子都曾在不同的時期佔據統治地位。從愛因斯坦的光電效應之後,人們透過康普頓效應和楊氏雙縫干涉實驗證明了光具有波粒二象性,如下圖所示兩個實驗裝置。
康普頓散射實驗裝置楊氏雙縫干涉實驗
2.到底其他物質是不是有這個特性,回答是肯定的,而且可以明確的告訴大家,目前人類能夠認識到的實體物質都具有這樣的特性,但是需要滿足一定的條件,這個條件就是將物質賦予光速,這樣就會既可以表現出波的特性,又可以表現出粒子的特性。
光到底屬於波還是粒子,科學界爭論了數百年,現在普遍認為光具有波粒二象性,是否還存在別的什麼物質也有一個特性呢,既是波又是粒子?求大手給我科普一下。
回覆列表
答:德布羅意波詮釋了,一切物質都具有波粒二象性,無論微觀還是宏觀。
光的波粒二象性是最先被發現的,對於光是“粒子”還是“波”的爭論,從牛頓時代一直爭論到二十世紀,有兩百多年的時間。
結果人們才弄明白,光即是粒子也是波,描述光子波粒二象性的是量子力學,結束了這場抗日持久的爭論。
直到1927年,物理學家路易·維克多·德布羅意,提出了物質波的概念(也稱機率波、德布羅意波)。
人們才深刻意識到,不止是光子,一切物質都具有波動性,無論電子、中微子、原子、分子還是一個宏觀物體。
1927年,科學家首次證實了電子具有波動性,科學家對鎳單晶表面的電子束進行散射,首次發現了電子的衍射現象。
物質波的波長λ=h/p ,h為普朗克常量6.626×10^-34J·s ,p為動量。
因為宏觀物體的動量,相對於普朗克常數來說太大,所以對應的物質波波長太小,目前實驗難以進行驗證。
但是在理論上,一切物質都具有波粒二象性,只是微觀粒子越小波動性越明顯,宏觀物體表現的粒子性更明顯。