您现在的位置:新闻首页>两性

解构自然 第八集 波粒二象性

2018-07-18 14:49编辑:coctech.com人气:


解构自然 第八集 波粒二象性

那一年,英国科学家艾萨克·牛顿做了这个关于光的色散的实验。牛顿认为,整个世界都是由微小的微粒构成的,而光也不例外。白光被色散的过程,实际上是混合在一起的不同颜色的光粒子被区分、打散的过程。

但是对于这一点,处于同一时代的其他科学家却有着不同的想法。

因为1655年,意大利数学家弗朗西斯科·格里马第教授发现了一个现象,把一根小棍子放进光束中,会出现这样类似于水波的条纹。那么光就是一种波,而这种现象也被格里马第称为光的衍射。

对此,英国物理学家罗伯特·胡克结合了肥皂泡表面的色彩,对这一说法表示支持。而这些理论最后被荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯进行整理,为光是一种波提供了较为完整的理论。光是一种靠载体来传播的纵波,而并不是一种粒子。如果是粒子的话,那么在两束光交叉的时候,必然会存在一定几率发生碰撞,使得一部分光偏离原有路线,但事实却不是这样。

回到牛顿这边,他曾经就这一问题与惠更斯曾进行过深刻的交流,所以在接下来的研究中,也逐步完善着光是粒子这一理论。在1704年牛顿的《光学》一书发表之后,他指出了光是波这一说法的严重问题。如果光是一种波的话,那么类似于声音,光是可以绕过障碍物的,就不会产生阴影

但是这个时候,由于胡克和惠更斯已经去世,所以直到19实际初,波动学说才有了新的发展。

英国物理学家托马斯·杨进行了一个实验,让一束光通过两个狭缝打在墙上,出现了这样的条纹。这说明光是可以互相干涉的,从而再次证明了光是一种波,而后又证明了光是一种横波。

要知道在这之前,科学界普遍都是牛顿的支持者,认为光是粒子的居多。所以看到波动说终于有了新成果之后,法国科学院决定再让这两大派系争论一下,便于1817年,悬赏征集一篇关于用精确的实验确定光的衍射效应,并通过数学确定其通过物体时细节的论文。在法国科学家弗朗西斯·阿拉戈和安德烈·安培的鼓励下,法国物理学家奥古斯丁·让·菲涅尔提交了他的实验成果。

但是,这一成果却被评审组的西莫尼·泊松提出了反对。他认为,如果根据这篇文章的计算,那么在光源附近放置一个不透明的圆形障碍物的话,会有一部分光绕开障碍物,并在障碍物的影子中间留下一个亮斑。这根本就是不可能的,所以整个波动学说都是一个错误。

不过菲涅尔和阿拉戈倒是对这个说法挺好奇,然后就做了一个实验,然后就像大家看到的一样,影子的正中央确实出现了一个亮点。而为了纪念这个实验的方法提供者,这个亮点便被称为了泊松亮斑。

到此为止,光的波动说与粒子说依然处于平分秋色的状态,可能只有新的证据才能够再次打破僵局。这个时候,正如化学上伏打电堆的发明带来了物理电学的发展一样,往往一个学科的新发现会给另一个学科的发展带来转机。1865年,英国科学家詹姆斯·麦克斯韦考虑到一个问题。电生磁,磁生电,那么这个过程一直持续下去的话,必定会出现一种波。就把它叫做电磁波好了。然后麦克斯韦顺手算了一下如果这列波真的存在那么他的传播速度是多少,结果发现,电磁波与光的传播速度基本一致。那么,光会不会就是电磁波呢?

这个问题在约三十年后得到了验证,而验证者则是德国科学家赫尔曼·赫兹,所以,光是电磁波这一问题也似乎尘埃落定了。

不过故事还没完,因为在光是电磁波这一事实被验证之前,赫兹还做了一个实验,发现了一个光照在某些物质上其内部会产生电流的现象,而且这一现象却不能用波动说,只能用粒子说解释。如果按照波动说,光带来的能量是连续的,那么只要对一个物质照射的时间够长都可以产生电,但事实上,物质内部能否产生却只和光的颜色有关,如果颜色对那再弱的光都能打出电子,也就是说光带来的能量只能是一份一份的才能符合这个现象,所以光还是粒子。

那么这个问题难道就没有定论了么?事情的转机来自于阿尔伯特·爱因斯坦。结合了前面的所有过程以及同一时期某个新理论的诞生,爱因斯坦提出了一个新的理论,光即是波,又是粒子。光是电磁波这一点已经被证实了,但是电磁波需要一个承载者,一个电磁相互作用的媒介,而这个媒介,就是光子。因此在连续时间下,光是一列波,但是在瞬时时间下,光则是一份一份的粒子。也就是说光即具有波的性质,又具有粒子的性质。而这种性质,则被称为光的波粒二象性。

(来源:第一女人网)

织梦二维码生成器
已推荐
0
  • 凡本网注明"来源:的所有作品,版权均属于中,转载请必须注明中,http://www.coctech.com。违反者本网将追究相关法律责任。
  • 本网转载并注明自其它来源的作品,目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性,不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时,必须保留本网注明的作品来源,并自负版权等法律责任。
  • 如涉及作品内容、版权等问题,请在作品发表之日起一周内与本网联系,否则视为放弃相关权利。






图说新闻

更多>>