波粒二象性與德布羅意波

wenxuefeng360 2019-07-22

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光的本質(zhì)究竟是什么,？

關(guān)于光的本質(zhì)，科學家們一直爭論不休,，其中有一部分的科學家認為光具有波動性,，而另一部分科學家們認為光具有粒子性。其實他們各有各的道理,，而現(xiàn)在我們知道光既具有波動性,，也具有粒子性所以稱其為波粒二象性。

波粒二象性

光的波動性

早在1660年,，就有人對光的波動性提出了自己的觀點,，這個人就是胡克（Robert Hooke，1635年7月18日－1703年3月3日）他是英國著名的物理學家,，在光學和力學等方面都有非常杰出的貢獻,，在他的波動理論中認為光線在發(fā)光以太中以波的形式進行傳播，而且它并不會受到重力的影響,。到了后來,，又一位神人出現(xiàn)，這個人就是托馬斯·楊（Thomas Young,，1773年-1829年）英國物理學家,，不過他在其他領(lǐng)域方面也頗有成就。1880年,，他通過雙縫干涉實驗證實了光具有波動性,，這個實驗方法在如今被稱為楊氏雙縫干涉。我們可以想象一下,，在一塊金屬板上,，開出兩條等長等寬的條縫，然后在金屬板的后方加上了一塊光屏,，這時用一塊點光源照向金屬板,，這時在光屏上就會產(chǎn)生一道道的波紋，產(chǎn)生的兩列波同相時互相增強出現(xiàn)亮條紋,，反相時互相減弱,，出現(xiàn)暗條紋。我們平常生活中也可以這么試一試,，當家中的電燈打開發(fā)光時，瞇起眼睛看它這時眼睛就會產(chǎn)生一條條的類似縫隙的細線,，這其實也是雙縫干涉的原理,，通過雙縫干涉我們能夠計算出光的波長，雙縫干涉實驗證明了光具有波動性這一觀點,，也證實了胡克的波動理論,。除了雙縫干涉,，光的衍射也同樣能說明光具有波動性，同樣在一塊金屬板上,，有一個小孔,，將光照在金屬板上，這時穿過小孔會出現(xiàn)明紋和暗紋的類似波狀形態(tài),。此外光的偏振也能證明光的波動性,，簡單介紹一下偏振，光的振動方向與傳播方向的不對稱性叫做光的偏振,，在我們的日常生活中,，3D電影就是一個很好的偏振的例子，在拍攝3D電影時,，都會在鏡頭的前面加裝偏振器,，而我們在不戴3D眼鏡時，看到的電影就是模糊的,，戴上眼鏡我們就類似于給我們的眼球裝上了偏振器,。干涉衍射等這些都是光具有波動性的證明（以上的實驗都是進行的簡單描述，在以后的文章中還會詳細描述）

光的衍射

光的粒子性

其實早在一開始,，我們的力學大神牛頓所持有的觀點就是光具有粒子性,，因為他通過光的折射等一些實驗所證明出的，因為牛頓當時在物理學界的地位,，人們一開始也都認為光是具有粒子性的,。但是由于波動學派的理論不斷壯大，粒子學派逐漸走下坡路,。不過到了1905年粒子學派開始走上了上坡路,。1900年，量子力學的創(chuàng)立者普朗克提出量子論,，提出了能量量子化這個概念（因此獲得1918年的諾貝爾物理學獎）他認為在黑體輻射中能量不是連續(xù),，可以將其看做是一份一份的（這也可以看作是量子的簡單描述）由此他總結(jié)出了一個公式E=hv（這里v指的是頻率讀作niu）而愛因斯坦根據(jù)普朗克的理論，認為光束也可以看作是量子,，當光束以某一特定能量照在某物質(zhì)上時,，光子能夠?qū)⑵潆娮蛹ぐl(fā)出來從而形成電流，這就是著名的光電效應(yīng),，但是要將電子激發(fā)出必須滿足相應(yīng)的條件,，光子的能量被電子吸收，只有電子在吸收能量之后可以完全擺脫原子核的束縛時,，電子才會從物質(zhì)當中逸出,，形成電流。光電效應(yīng)方程E=hv-w0(其中w0表示的是逸出功）光電效應(yīng)方程大大說明了光具粒子性的特點，因為它具有一定的動能,，而動能便是粒子性最大的特點,，后來美國物理學家密里根通過光電效應(yīng)實驗得到了最大動能與頻率所產(chǎn)生的關(guān)系線，從而證實了愛因斯坦的方程成立,，并且可以通過此方程反求出普朗克常量,，因此愛因斯坦獲得了1923年的諾貝爾物理學獎。同樣康普頓效應(yīng)也能夠證明光具有粒子性,，當入射光的光子與物質(zhì)中的電子發(fā)生碰撞,，它既能滿足能量守恒又能滿足動量守恒，光子的能量傳給電子,，從而引起光子的能量減少,，頻率減少，波長變長,。

光電效應(yīng)

波粒二象性

我們知道動量的公式：p=mc（其中c代表光速）而愛因斯坦此生最著名的質(zhì)能方程：E=mc^2 光子的能量：E=hv,，結(jié)合一下hv=mc^2(c=λv)就可以得出m=hv/c^2再結(jié)合剛才的動能公式就可以得出一個很重要的公式：p=h/λ（h表示普朗克常量 λ表示波長），從這個公式已經(jīng)不難看出了普朗克常量是連接波動性與粒子性的橋梁,，以光為例,，光既具有粒子性也具有波動性，從式子上看當波長特別大時,，動量就特別小,，表現(xiàn)為波動性，反之則表現(xiàn)為粒子性,，所以這就叫做波粒二象性.