单词 | 为什么说光既是粒子又是波 |
释义 | 为什么说光既是粒子又是波 光是粒子还是波?这是一个古老的问题。17世纪牛顿认为光是一种粒子,而惠更斯认为光是一种波。由于牛顿的声望,在近200年中粒子说占据了上风。19世纪初,英国物理学家托马斯·杨用一个简单实验,证明了光的波动性。他用点光源发出的光,穿过纸上的两道紧挨着的平行狭缝后,投射到屏幕上,在屏幕上形成了一系列明暗交替的干涉条纹。只有波动才能产生干涉条纹,所以光波与我们常见的水波一样,是一种振动。一束光通过狭缝后,分裂成了两束光,它们同时通过两条缝,到达屏幕的不同位置时,如果两列光的振动方向相同,相加后强度就增大,更加明亮;反之,强度就互相抵消,显得暗淡。这样,在屏幕上便有了明暗相间的条纹。19世纪60年代麦克斯韦证明了光是一种电磁波。但是爱因斯坦对光电效应的解释令人信服地表明,光能够从某些金属中打出电子,而且是一个光子打出一个电子,从而说明了光也具有粒子性。那么,光到底是粒子还是波呢?物理学家认为它既是波,又是粒子,这叫作光的“波粒二象性”。 双缝干涉实验:一束激光通过两条狭缝,在后面的屏幕上形成干涉条纹 用电子进行杨氏双缝实验表明了电子也能在屏幕上出现干涉条纹!由此物理学家们得出结论:有时候,电子的行为也像波,一个电子同时通过了两条狭缝,然后,自己和自己发生了干涉!因此,电子和光,都既是粒子又是波,兼有粒子和波动的双重特性,这就是量子力学告诉我们的:微观粒子,包括电子和光,都具有“波粒二象性”。 波粒二象性 法国科学家德布罗意提出了粒子也具有波动性 在杨氏双缝实验中,发生干涉表明一个光子或电子会同时穿过两条缝!它到底是走的哪条缝呢?测量一下不就知道了吗。不错,物理学家们也是这样想的。于是,他们便在两个狭缝口放上了粒子探测器,以判定电子到底走的哪条缝。然而这时,奇怪的事又发生了:只要放上探测器,干涉条纹就消失了。也就是说,观测会影响粒子的量子行为!如果没有人去看它,一个电子就同时走两条缝,只要我们看它,电子就隐藏起它的秘密,只走一条缝! 量子力学中的另一个奇怪现象是“不确定性原理”。根据这个原理,如果我们能准确测量电子的位置,就不可能同时准确测量它的动量,反之亦然。也就是说,微观粒子的行为是不确定的、随机的,就像我们玩游戏时丢硬币(或掷骰子)一样,只能知道硬币掉到桌上时,有一半的概率是正面,一半的概率是反面。电子的行为也是这样。难道大自然这个上帝也掷骰子吗?爱因斯坦不能接受这个观点。因此,在解释量子力学的问题上,他和量子力学的另一位奠基人尼尔斯·玻尔之间发生了一场著名的世纪之争。这场争论延续了几十年之久,即使是今天,物理学家们对量子论包括双缝实验的解释仍然不能统一起来,争论仍然在继续。(张天蓉) 杨氏双缝实验原理 |
随便看 |
|
科学时代收录了15440条科普词条,基本涵盖了常见科普常识及英语词汇的翻译,是科学学习和研究的有利工具。