大家知道為什么白天那么明亮,一到晚上到處漆黑的一片嗎?那是因?yàn)橛泄獾拇嬖?,不知道大家?duì)光可有所了解,為什么有的人說光既是粒子又是波,其中的原因是什么呢?相信許多朋友們都不太了解,下面就由小編來給大家解答一下疑惑吧。 光是粒子還是波?這是一個(gè)古老的問題。17世紀(jì)牛頓認(rèn)為光是一種粒子,而惠更斯認(rèn)為光是一種波。由于牛頓的聲望,在近200年中粒子說占據(jù)了上風(fēng)。19世紀(jì)初,英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊用一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn),證明了光的波動(dòng)性。他用點(diǎn)光源發(fā)出的光,穿過紙上的兩道緊挨著的平行狹縫后,投射到屏幕上,在屏幕上形成了一系列明暗交替的干涉條紋。只有波動(dòng)才能產(chǎn)生干涉條紋,所以光波與我們常見的水波一樣,是一種振動(dòng)。一束光通過狹縫后,分裂成了兩束光,它們同時(shí)通過兩條縫,到達(dá)屏幕的不同位置時(shí),如果兩列光的振動(dòng)方向相同,相加后強(qiáng)度就增大,更加明亮;反之,強(qiáng)度就互相抵消,顯得暗淡。這樣,在屏幕上便有了明暗相間的條紋。19世紀(jì)60年代麥克斯韋證明了光是一種電磁波。但是愛因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋令人信服地表明,光能夠從某些金屬中打出電子,而且是一個(gè)光子打出一個(gè)電子,從而說明了光也具有粒子性。那么,光到底是粒子還是波呢?物理學(xué)家認(rèn)為它既是波,又是粒子,這叫作光的“波粒二象性”。 用電子進(jìn)行楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)表明了電子也能在屏幕上出現(xiàn)干涉條紋!由此物理學(xué)家們得出結(jié)論:有時(shí)候,電子的行為也像波,一個(gè)電子同時(shí)通過了兩條狹縫,然后,自己和自己發(fā)生了干涉!因此,電子和光,都既是粒子又是波,兼有粒子和波動(dòng)的雙重特性,這就是量子力學(xué)告訴我們的:微觀粒子,包括電子和光,都具有“波粒二象性”。 在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)中,發(fā)生干涉表明一個(gè)光子或電子會(huì)同時(shí)穿過兩條縫!它到底是走的哪條縫呢?測(cè)量一下不就知道了嗎。不錯(cuò),物理學(xué)家們也是這樣想的。于是,他們便在兩個(gè)狹縫口放上了粒子探測(cè)器,以判定電子到底走的哪條縫。然而這時(shí),奇怪的事又發(fā)生了:只要放上探測(cè)器,干涉條紋就消失了。也就是說,觀測(cè)會(huì)影響粒子的量子行為!如果沒有人去看它,一個(gè)電子就同時(shí)走兩條縫,只要我們看它,電子就隱藏起它的秘密,只走一條縫! 量子力學(xué)中的另一個(gè)奇怪現(xiàn)象是“不確定性原理”。根據(jù)這個(gè)原理,如果我們能準(zhǔn)確測(cè)量電子的位置,就不可能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量它的動(dòng)量,反之亦然。也就是說,微觀粒子的行為是不確定的、隨機(jī)的,就像我們玩游戲時(shí)丟硬幣(或擲骰子)一樣,只能知道硬幣掉到桌上時(shí),有一半的概率是正面,一半的概率是反面。電子的行為也是這樣。難道大自然這個(gè)上帝也擲骰子嗎?愛因斯坦不能接受這個(gè)觀點(diǎn)。因此,在解釋量子力學(xué)的問題上,他和量子力學(xué)的另一位奠基人尼爾斯·玻爾之間發(fā)生了一場(chǎng)著名的世紀(jì)之爭(zhēng)。這場(chǎng)爭(zhēng)論延續(xù)了幾十年之久,即使是今天,物理學(xué)家們對(duì)量子論包括雙縫實(shí)驗(yàn)的解釋仍然不能統(tǒng)一起來,爭(zhēng)論仍然在繼續(xù)。 |
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