光的波粒二象性

1、光的波粒二象性本章總結(jié)一部光學(xué)說(shuō)的發(fā)展史，就是人類認(rèn)識(shí)光本性的認(rèn)識(shí)史。讓我們?cè)俅巫饕粋€(gè)簡(jiǎn)略的回顧，肯定比第一課有更深刻的理解。光的干涉、衍射有力地證明光是一種波。但它是一種什么性質(zhì)的波泥？?jī)煞N不同的光波理論、惠更斯的波動(dòng)說(shuō)把光看作是某種在介質(zhì)中傳播的波。這是一種典型的機(jī)械波觀念，需借助介質(zhì)，且波是連續(xù)的。、麥克斯韋的電磁說(shuō)把光波看作是一種電磁波。兩種觀點(diǎn)的爭(zhēng)論焦點(diǎn)是：光波傳播是否需要介質(zhì)？、尋找這種介質(zhì)“以太”的徹底失?。ū緛?lái)無(wú)一物，何來(lái)自尋煩？）。、電磁波本身就是物質(zhì)，自身攜帶能量，無(wú)須借助介質(zhì)傳播。、但還有另一個(gè)主要問(wèn)題還未解決，光波是否就是電磁波？麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論證明了電磁場(chǎng)的速度等

2、于光速，并由此看到了兩者間的聯(lián)系。赫茲又從實(shí)驗(yàn)得到了證實(shí)，光的行為與電磁波的行為一致，從而在理論和實(shí)驗(yàn)上證明了光確實(shí)是一種電磁波。它揭露了光現(xiàn)象的電磁本質(zhì)，把光、電、磁統(tǒng)一起來(lái)，加深了我們對(duì)物質(zhì)世界的聯(lián)系和認(rèn)識(shí)。光的電磁說(shuō)是對(duì)光的波動(dòng)說(shuō)的揚(yáng)棄，保留了波的特質(zhì)，拋棄了它機(jī)械振動(dòng)、傳播連續(xù)的成份。光電效應(yīng)現(xiàn)象對(duì)光的電磁說(shuō)提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。使我們不得不再回到微粒說(shuō)方面來(lái)。、牛頓的微說(shuō)把光看作沿直線傳播的粒子流。它帶有明顯的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的痕跡，也無(wú)法解釋光的干涉、衍射這些現(xiàn)象。但這個(gè)學(xué)說(shuō)中仍含有其合理的成份，這就是光的粒子性。、愛(ài)恩斯坦拋棄了牛頓微說(shuō)中機(jī)械運(yùn)動(dòng)的成份，吸收了（對(duì)方波動(dòng)說(shuō)）電磁輻射量子化的研

3、究成果，把電磁輻射量子化轉(zhuǎn)變、發(fā)展成為光行為的量子化，即光子說(shuō)，重新恢復(fù)了光的粒子性的權(quán)威。但是，光子的物質(zhì)性、不連續(xù)性并非牛頓微粒說(shuō)意義下的實(shí)物粒子，光子沒(méi)有靜止質(zhì)量，就個(gè)別光子而言，它與宏觀質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)不同，沒(méi)有一定的軌道，因而無(wú)法對(duì)個(gè)別光子的行為作出“科學(xué)的”預(yù)測(cè)，它的行為不服從牛頓經(jīng)典力學(xué)。光子說(shuō)使光的粒子性有了新質(zhì)的內(nèi)容。、在對(duì)光本性的認(rèn)識(shí)過(guò)程中，惠更斯的波動(dòng)說(shuō)和牛頓的微粒說(shuō)是相互排斥、相互對(duì)立的。后來(lái)發(fā)展成為光的電磁說(shuō)和光子說(shuō)。人們發(fā)現(xiàn)，這兩種相互對(duì)立的學(xué)說(shuō)彼此都含有對(duì)方的成份，無(wú)法劃清界線，更無(wú)法絕對(duì)獨(dú)立，誰(shuí)都不能說(shuō)自己就是客觀真理。光學(xué)說(shuō)發(fā)展到此，已無(wú)法逃避辯證的綜合。中國(guó)有句古

4、話，叫做兩極相通。人們終于明白，光的波動(dòng)性和粒子性，不過(guò)是光這一客觀事物矛盾對(duì)立的兩個(gè)方面，它們共存于光這個(gè)統(tǒng)一體中，是矛盾的對(duì)立統(tǒng)一，彼此以對(duì)方存在為前提，這就是光的波粒二象性。它排除了非此即彼的形而上學(xué)觀念（這正是形式邏輯的重大特征?。?，建立了亦此亦彼的辯證觀念，即在一定條件下承認(rèn)非此即彼，在另一條件下又承認(rèn)亦此亦彼。對(duì)光來(lái)說(shuō)，一定條件下（大量光子、傳播過(guò)程、低頻率光）波動(dòng)性上升為矛盾主要方面，則波動(dòng)性顯著；而在另一條件下（個(gè)別光子、光與物質(zhì)作用、高頻率光子）粒子性上升為矛盾主要方面，則粒子性顯著。所謂彼一時(shí)也，此一時(shí)也，在微觀世界里也存在著。在宏觀物體來(lái)說(shuō)不可思議的波粒二象性，在微觀世界

5、里卻是真實(shí)的圖景。矛盾?。∪欢鞘聦?shí)。只有辯證思維才可以把握。恩格斯曾經(jīng)指出：“常識(shí)在它自己的日?；顒?dòng)范圍內(nèi)是極可尊敬的東西，但它一跨入廣闊的研究領(lǐng)域，就會(huì)遇到驚人的變故。形而上學(xué)的思維方式，雖然在相當(dāng)廣泛、各依對(duì)象的性質(zhì)而大小不同的領(lǐng)域是正當(dāng)?shù)?，甚至是必要的，可是它每一次遲早都要達(dá)到一個(gè)界限，一超過(guò)這個(gè)界限，它就要變成片面的、狹隘的，并且陷入不可解決的矛盾，（反杜林論P(yáng).19.）一切都依時(shí)間、地點(diǎn)、條件為轉(zhuǎn)移，所以要對(duì)具體問(wèn)題作具體析，才能準(zhǔn)確把握對(duì)象的情況，作出正確的認(rèn)識(shí)。、（）、光子說(shuō)并沒(méi)有否定電磁說(shuō)。光子有能量，光子有動(dòng)量/，、是粒子特征，、是波的特征。它們共同揭示了光的波粒二象性，在

6、這兩個(gè)公式中，光的波粒二象性被很好地統(tǒng)一起來(lái)。彼此含有對(duì)方的成份，無(wú)法分開(kāi)。（）課文介紹了一個(gè)光的波粒二象性怎樣統(tǒng)一起來(lái)的絕妙實(shí)驗(yàn)，從中得出個(gè)別光子的行為粒子性顯著，大量光子的行為波動(dòng)性顯著。可見(jiàn)，對(duì)于宏觀物體來(lái)說(shuō)不可想象的波粒二象性，在微觀世界中卻是不可避免的事實(shí)。這里只有一個(gè)質(zhì)的差別：不能把光波看作宏觀力學(xué)中的介質(zhì)波、連續(xù)波，也不能把光子當(dāng)作宏觀世界中的實(shí)物粒子、質(zhì)點(diǎn)。隨著研究對(duì)象的不同，我們的觀念，方法也要變，宏觀現(xiàn)象和微觀現(xiàn)象的研究方法、理解方式是很不相同的。（）從各種頻率的電磁波的探測(cè)來(lái)理解 光子能量（數(shù)量級(jí)） 易被探測(cè)到 容易觀察到 不易觀察到無(wú)線電波 10-9ev 大量光子作用

7、波動(dòng)性 粒子性 可 見(jiàn) 光 100 ev 大量光子作用 波動(dòng)性 粒子性 100 ev 個(gè)別光子作用 粒子性 波動(dòng)性 射 線 103 ev 個(gè)別光子作用 粒子性 波動(dòng)性 射 線 104 ev 個(gè)別光子作用 粒子性 波動(dòng)性 從表中實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果可以看出：頻率低的光波動(dòng)性顯著，頻率高的光子性顯著。 總之，要理解多種頻率的電磁波（或者說(shuō)各種頻率的光子），就必須綜合運(yùn)用波動(dòng)觀點(diǎn)和粒子觀點(diǎn)，這是由于二者是光不可分割的屬性，即波粒二象性。至此，我們終于認(rèn)識(shí)到微觀世界具有的特殊規(guī)律。、下面對(duì)光的波粒二象性作個(gè)簡(jiǎn)短的總結(jié)：（）、光波有一定的頻率和波長(zhǎng)，光子有一定的能量和動(dòng)量，是個(gè)矛盾對(duì)立的統(tǒng)一體，彼此含有對(duì)方的成份，共存于光的統(tǒng)一體中。，。（）只有一個(gè)差異：在一定條件下波動(dòng)性顯著，在另一條件下粒子性顯著，即我們觀察到這對(duì)矛盾的主要方面。具體地說(shuō)就是：光在傳播過(guò)程中波動(dòng)性顯著，光在與物質(zhì)作用時(shí)粒子性表現(xiàn)顯著。大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動(dòng)性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果則顯示出粒子性。頻率越低的光，波動(dòng)性越顯著，頻率越高的光，粒子性越