娱乐知识|波粒二象性是谁提出的,光为什么具有波粒二象性


光的波粒二象性是怎么得来的? 德国科学家爱因斯坦(Albert Einstein , 1879-1955)坚信宇宙中一切物理现象的背后都蕴藏着完整的统一性 , 因此 , 麦克斯韦的电磁学理论必须要与经典力学统一起来 。 爱因斯坦为了解决这一矛盾 , 做出了一个假设:假设有个人能够达到光的速度 , 与光并肩齐行 , 那么他就会发现静止的光 。 但是 , 根据麦克斯韦的电磁学原理 , 振动的电磁波是不可能观测到的 , 而且波也不可能处于静止状态 , 也就是说 , 宇宙中不可能存在光在静止状态的参照系 , 对于任何一个参照系来说 , 都只有属于这个参照系的时间与空间 。 因此 , 爱因斯坦确信 , 光在所有参照系中速度必然相同 。 根据这一物理法则 , 爱因斯坦进行了多年的探索和研究 , 1905年创立了狭义相对论 , 揭示了时间和空间的本质联系 , 引起了物理学基本概念的重大变革 , 开创了物理学的新世纪;提出了光量子论 , 解释了光电现象 , 揭示了微观客体的波粒二重性 , 用分子运动论解决布朗运动问题;发现了质能之间的相当性 , 在理论上为原子能的释放和应用开辟道路 。 爱因斯坦的相对论与麦克斯韦的电磁学理论完美地结合在一起 , 从而推动了物理学上的一次意义深远的重大革命 。

1913年,丹麦物理学家玻尔(Niels Henrik David Bohr , 1885~1962)以《论原子构造和分子构造》为题发表了长篇论文,为20世纪原子物理学开辟了道路 。 他采用了当时已有的量子概念,提出了几条基本的“公设”,提出了至今仍很重要的原子定态、量子跃迁等概念 , 有力地冲击了经典理论,推动了量子力学的形成 。 玻尔认为,按照经典理论来描述的周期性体系的运动和该体系的实际量子运动之间存在着一定的对应关系 , 这一对应原理成为从经典理论通向量子理论的桥梁 。 玻尔对各种元素的光谱和X射线谱、光谱线的(正常)塞曼效应和斯塔克效应、原子中电子的分组和元素周期表,甚至还有分子的形成,都提出了相对合理的理论诠释 。

1916年美国物理学家罗伯特·密立根(Robert Andrews kan,1868~1953)发表了光电效应实验结果 , 验证了爱因斯坦的光量子说 。

美国物理学家康普顿(Arthur Holly Compton , 1892~1962)1921年在实验中证明了X射线的粒子性 。 1923年他发表了X射线被电子散射所引起的频率变小现象 , 即康普顿效应 , 这是近代物理学的一大发现 。 按经典波动理论 , 静止物体对波的散射不会改变频率 。 而按爱因斯坦光量子说这是两个“粒子”碰撞的结果 。 光量子在碰撞时不仅将能量传递而且也将动量传递给了电子 , 它进一步证实了爱因斯坦的光子理论 , 揭示出光的二象性 。

1924年 , 奥地利物理学家泡利(Wolfgang Ernst Pauli , 1900~1958)发表了“不相容原理”:原子中不可能有两个或两个以上的电子处于同一量子态.这一原理使当时许多有关原子结构的问题得以圆满解决 , 对所有实体物质的基本粒子(通常称之为费米子 , 如质子、中子、夸克等)都适用 , 构成了量子统计力学——费米统计的基点 。

法国物理学家德布罗意(Louis Victor due de Broglie, 1892-1987)由光的波动和粒子两重性得到启发 , 他大胆地把这两重性推广到物质客体上去 。 他在1923年9~10月间 , 连续发表三篇短文:《辐射——波和量子》、《光学——光量子、衍射和干涉》、《物理学——量子、气体动理论及费马原理》 。 1924年 , 在他的博士论文《量子论研究》中 , 他全面论述了物质波理论 , 这一理论以后为薛定愕接受而导致了波动力学的建立 。 德布罗意把爱因斯坦关于光的波粒二象性的思想加以扩展 。 他认为实物粒子如电子也具有物质周期过程的频率 , 伴随物体的运动也有由相位来定义的相波即德布罗意波 , 后来薛定愕解释波函数的物理意义时称为“物质波” 。 德布罗意在并无实验证据的条件下提出的新理论在物理学界掀起了轩然大波 。

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