解析ALevel物理波粒二象性（1）

 

Alevel 物理中我們所學(xué)過的波粒二象性是很多同學(xué)的夢魘，本來波就很難理解了，再加上粒子的特性，很多同學(xué)對這部分的理解一直緊緊停留在表面上，那么今天，我們在這里對波粒二象性進(jìn)行一個剖析，幫助同學(xué)們一探究竟；

所謂波粒二象性其實(shí)是量子物理中最著名的思想之一，這里的波粒二象性其實(shí)指的是物質(zhì)既是波又是粒子，這個理論其實(shí)從粒子的角度來解釋，可以理解為用像的位置，動量的大小和方向來描述他們；從波的角度意味著在場中的傳播。

在我們的Alevel課本（CIE）我們對于波粒二象性的解釋實(shí)現(xiàn)從波的特性開始的，然后是從粒子特性解釋了物質(zhì)；

但是在歷史的發(fā)展中卻不是這樣的：在最早約公元前500年古希臘的哲學(xué)家，提出光是有一股非常非常小的微粒構(gòu)成，在接下來的幾百年中，對于粒子特性的支持中最有名的莫過于“艾薩克·牛頓”

（沒錯，又是他）

雖然他承認(rèn)單個光電子在碰撞時候會像波一樣存在彼此干擾，但是本質(zhì)上講光還是粒子，受其影響，粒子說一直保持很長時間的影響，但是苦于當(dāng)時的實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較落后，所以理論學(xué)說的存在也就是看誰的影響力大，并沒有足夠的實(shí)驗(yàn)來支撐這個理論，直到測量設(shè)備的改進(jìn)，這個理論被徹底壓制了。

這個實(shí)驗(yàn)就是大名鼎鼎的托馬斯·楊于1802年進(jìn)行的雙峰干涉實(shí)驗(yàn)（Alevel同學(xué)應(yīng)該很熟悉了）

 

 

▲雙縫干涉實(shí)驗(yàn)及其圖案

實(shí)驗(yàn)可以簡單描述為光照射在擁有兩條非常窄縫隙的光屏上，兩條窄縫的間距很小，透過這兩個窄縫的光照在光屏后方的屏幕上呈現(xiàn)出了明暗相間的條紋。

我們可以假設(shè)如果光是由直線運(yùn)動的粒子組成，那么在窄縫后的屏幕上看到的應(yīng)該是兩條亮線，但是現(xiàn)實(shí)卻不是這樣的，我們實(shí)際看到的如上圖右側(cè)的圖樣，楊認(rèn)為這樣的明暗相間的條紋是由于兩束相干波的干涉效果造成的

并運(yùn)用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算，證明了這種相互干涉是由于波的特性造成的。

▲雙縫干涉實(shí)驗(yàn)示意圖

至此，光的波動學(xué)說開始廣泛傳播，整個過程持續(xù)了四五百年的歷史，這個理論也得到了學(xué)術(shù)界的公認(rèn)，也經(jīng)受住了所有的挑戰(zhàn)，下次，咱們看看究竟又是什么實(shí)驗(yàn)，讓光的粒子性再次進(jìn)入人們的視野，被大眾認(rèn)可的。