光的本質是什麼?是粒子還是波呢?

2020-12-03 愛學習物理的小貓

光到底是什麼東西,它的本質到底是什麼呢?多年來科學家們都一直在苦苦的追尋,雖然科技發展已經到了今天算是比較先進,但是人們仍然不能給出一個定義,到底光是什麼東西?只能給出一個很無奈的結論,我們不討論它到底是什麼,我們說它有什麼特性,也就是波粒二象性。

水波的幹涉

在討論光的本質之前,我們得要先了解一下什麼叫做波,波有什麼特性。我們物理對的波的定義是:我們將某一物理量擾動振動在空間逐點傳遞時形成的運動稱為波。按性質來分:主要有四種:機械波、電磁波、引力波、物質波。被傳遞的物理量擾動或振動有多種形式,機械振動的傳遞構成機械波,電磁場振動的傳遞構成電磁波(包括光波),溫度變化的傳遞構成溫度波(見液態氦),晶體點陣振動的傳遞構成點陣波(見點陣動力學),自旋磁矩的擾動在鐵磁體內傳播時形成自旋波(見固體物理學),實際上任何一個宏觀的或微觀的物理量所受擾動在空間傳遞時都可形成波。

光波的幹涉

其中波的特性之一是具有幹涉性,就是波經過雙縫時會產生幹涉,進而得到幹涉條紋。19世紀的楊氏雙縫幹涉實驗用了光來做這個實驗,結果就得到了一條幹涉條紋,證明了光就是一種波。惠更斯根據各種波動的實驗和理論,總結出了一套系統的理論去證明光是一種波。

但是在19世紀時,如果我們用光是波的理論很難去解釋當時存在的幾個問題,光電效應、氫原子光譜和黑體輻射的問題。光是波的話,那麼光應該是連續的,但是如果真的是連續的話就不能解釋為什麼光的強度夠強但是頻率不高的話,無論照射多久都不會產生光電效應。量子力學的教父級人物普朗克提出了量子化的理論,他解釋到能量是一份一份的而不是連續的,很好的解釋了黑體輻射問題。愛因斯坦則根據普朗克的量子理論提出了光量子的概念,很好地解釋了光電效應,兩人都獲得了諾貝爾物理學獎。單單認為光是波,那就解釋不了光電效應等問題,如果光單單是粒子,那也解釋不了幹涉條紋的問題,結果物理學家只能無奈的給出結論:光具有波粒二象性。如果你喜歡物理學,請關注小編。

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    那麼,光什麼時候是波?什麼時候是粒子呢?一般而言,當光通過真空時可被認為是波,當它遇到其他物體表面時可被認為是粒子。涉及到雷射時則需要運用光的量子定義,許多物理學家對這種處理方法都深深地不滿。這種處理流行的原因是因為它具有較大的寬容度。一個科學家可以說光更像波,與此同時,另一個科學家可以說光更像粒子。
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    可是萬能的上帝遺留給人類一個極其困惑的問題——光是什麼?千百年來,無數學者哲人深深陷入這個問題苦苦思索,這個問題的答案幾乎囊括了人類史上最聰明的智慧。不過,它在中國的面目可以簡化為一道高考選擇題,如下: [選擇題]光是什麼?  選項:A.
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    光學和力學一樣,自古希臘時候人們對光就有所研究,在歐幾裡得時代,人們對光的反射就進行了研究,但是,關於光的本質這個深奧的問題的研究卻沒有任何進展。當時對光的研究僅僅停留在光的傳播以及光的運用方面。光的本質,是十七世紀科學家們研究的一個重要課題,在當時,有兩種學說,光的粒子說和光的波動說。
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    「光」是我們日常生活中最常見也最普通的物質,我們無時無刻不生活在光之中。光雖然普通,但是人類至今都沒辦法弄清楚它的本質。從古代開始,人們就已經開始了對光的探索,但是因為封建迷信思想的影響,因此古人一直沒辦法對光的本質有一個科學的認識。17世紀自然科學產生之後,人們才逐漸開始運用科學原理去解釋光的形成。
  • 是波還是粒子?
    我們能看到一束束陽光照進窗臺,看到燈光將夜晚照亮,但是卻從來看不出光的模樣,更摸不著它,那麼光到底是什麼呢?這個問題可是讓許多科學家迷惑並爭論了幾個世紀。後來,這個觀點得到了英國物理學家胡克的贊同,他在觀察了肥皂泡上的彩色紋理後,認為光是以太的縱波(振動方向與傳播方向平行的波)。但是著名物理學家牛頓在17世紀70年代提出了完全不同的觀點。他認為光是從光源發出的許多粒子,這樣就可以合理解釋光的直線傳播和反射等現象。但這卻無法解釋兩束光交叉相遇後為什麼不會阻礙彼此的傳播等現象。
  • 物理故事-光是波還是粒子
    最早對光的本質發表科學見解的人是笛卡爾、胡克和惠更斯。他們認為光是一種波動,是以太的彈性振動。惠更斯把這一認識發展成比較系統的科學理論——波動說。用波動說可以解釋光的直線傳播、折射、反射和雙折射等許多光學現象,但不能說明為什麼沒有看到光有幹涉現象發生。幹涉是所有波(例如水波,圖1)的共同特點,為何唯獨光看不到這種現象?
  • 光的本質之光到底是什麼?
    光可以說是所有基本粒子中最具特色,最神奇的一種。沒有光,我們眼中的世界就會漆黑一片,整個宇宙的物質構架都會崩塌。光是什麼,是人類一直追尋的謎題之一。最著名的就是荷蘭科學家惠更斯,他直接認為光就是一種機械波,通過一種叫做「以太」的空間介質傳播。不過,因為惠更斯人單力薄,他的學說並沒有被廣泛認同。直到200年後,人們發現了光的衍射和幹涉現象,光的波動學說才重新被確立,人們開始逐漸拋棄牛頓的微粒說。之後,特別是麥克斯韋建立的電磁波的波動方程,預言了電磁波並計算得出來電磁波的速度就30萬千米每秒,和光速一致。因此他直接指出,光也應該是一種電磁波。
  • 光是粒子又不是粒子
    毫無疑問,光是我們這個世界上最重要的東西。萬物生長靠太陽,沒有光,世界將是死寂一片。然而光究竟是什麼,自從有了科學,人們就想從科學的角度認識光。人們很早就知道物質的兩種運動形式,一是機械位移,物質從一個地方直接移動到另一個地方,二是波動,物質雖然沒有移動,但是上下震動從而帶動周圍的物質也震動,由近及遠形成運動。英國科學家牛頓比較早地提出了光的粒子說,認為光本質上是粒子。
  • 光到底是粒子還是波?顛覆你認知的雙縫幹涉實驗
    其實,關於光是粒子還是波,這個問題爭論了百年之久,最早的討論是在17世紀,惠更斯認為,光其實是一種波 ,而牛頓則認為光是一種粒子 ,這種爭論一直到託馬斯做出了雙縫幹涉實驗,科學界才統一了光其實是波的概念,那時候波動說幾乎是無敵的存在。
  • 光是什麼?波還是粒?
    光是什麼?古希臘人認為光是由「光原子」的小顆粒組成的,這包含著一種簡單的辯證唯物主義觀點。在中國古代,光是什麼,哲學上,中國古代科學家認為光是由氣產生的,氣是光源發出的一種特殊氣體。對於光的系統研究,起源於西方笛卡爾。笛卡爾在《折射》一書中首次提出折射定律的理論證明。他解釋了人們視力障礙的原因,並設計了矯正視力的鏡片。
  • 光既非粒子亦非波,結束光的波粒二象性世紀之爭
    光是粒子還是波?這個問題爭了幾個世紀也沒有定論,到底是為什麼呢?這個問題要從17世紀說起:1655年,格裡馬第發現了光的衍射,這是最早觀察到的光的波動性。1672年,牛頓在解釋光的色散時提出光是一種粒子……從此便開始了光是粒子還是波之爭。
  • 光究竟是什麼?關於光本質的百年探索史
    ,光的本質問題當然曾經在數百年裡難倒了世界上最偉大的一些物理學家,但在過去的150年間,科學界在對光的本質研究方面取得了一系列的突破性進展,向世人揭示了光的神秘本質。而麥克斯韋的工作則帶領我們完全超越了這一高度,證明了可見光只是更寬廣尺度上電磁波的一部分。這基本上可以說是最終解答了光的本質問題。通過狹縫之後,原本平行的光線變成類似水波的形態是粒子還是波?但在另一個方面,科學家們數百年來也一直致力於想要弄清楚,從最基礎的層面上,光究竟是以何種方式存在並傳播的?
  • 量子力學前傳:跨越300年的光是波還是粒子之爭,到底爭些啥?
    20世紀初的1905年,愛因斯坦的光電效應理論說明,光也可以是一樣粒子,於是人們都被搞懵了……真是各領風騷一百年啊!都爭了300來年,還是別爭了,現在大家都相信光不僅是一種波,也可以是一粒子,還可以同時是一種粒子和波,這就是光的「波粒二象性」。
  • 光是波還是粒子?量子力學如何闡釋波粒二象性
    光到底是波還是粒子?這是一個曾經爭執了上百年的問題,有人認為光是波,有人認為光是粒子。到了20世紀初,這兩種理論已經完全背道越走越遠,並且都各自堅信自己的理論才是唯一正確的。究竟是波還是粒子,大家決定用一個實驗來證明,即雙縫幹涉實驗。
  • 光是波還是粒子難道是由是否架設攝像機決定的
    從小孔中射出的光穿過兩道狹縫投到屏幕上,就會形成一系列明、暗交替的條紋,這就是現在眾人皆知的雙縫幹涉條紋。雙縫幹涉實驗證明了光具有波動性,為探究光的本質奠定了基礎。光的幹涉實驗就此告一段落了,後來科學家們也逐步證明光具有粒子性和波動性,這也就是註明的光的波粒二象性理論。
  • 光究竟是粒子還是波,牛頓和胡克竟為此結怨!到底怎麼回事?
    古人對光的理解提到這個問題,我估計可能會有人說光不就是電磁波嗎? 可是,真的是這樣嗎?可見光真的只是波長在400~760nm之間的電磁波嗎?讓我們追隨科學家對光本性的研究歷程,去體會一下,科學家是如何一步一步接近真理的。那到底什麼是光呢?
  • 【物理大觀】光究竟是什麼?關於光本質的百年探索.
    但相比之下,在中文語境中這種傾向似乎並不明顯,比如我們會很自然的說紅外線,紫外線,還有去醫院拍X光。  在另一端,電磁波的波長也可以遠遠超出紅外波段,其波長達到1釐米甚至是數千公裡。這樣的電磁波擁有一些我們非常熟悉的名字:微波和無線電波。當然,對於普通的民眾來說,他們收聽廣播電臺的無線電波竟然和光本質上是同一類東西,這一事實會讓他們覺得難以理解。
  • 光的本質是什麼?
    光子是宇宙基本的物質單位和能量單位,光子是能量球吸收和發射的粒子,光子的光速慣性碰撞運動使能量球獲得反作用力而實現運動。能量球組成萬物,光子又推動能量球,是光子的動能推功宇宙萬物的運動。宇宙萬物都在不停地吸收和發射光子,光子在宇宙中大量存在,宇宙是光的宇宙。
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    光是波浪還是粒子?這似乎是一個非常簡單的問題。波與粒子一樣,在我們的宇宙中是非常不同的現象。而且我們有不同的數學集來描述它們中的每一個。因此,如果我們要描述整個宇宙,這似乎是一個非常方便的分類方案-除非不是這樣。而且它不是我們宇宙最重要的方面之一:亞原子世界。 當涉及到光子和電子之類的問題時,「它們的行為像波還是粒子?」
  • 光的衍射現象與粒子性本質
    光學是物理學最古老的分支之一,人們很早就在探討光的本質問題。光的本質到底是什麼,歷史上主要有牛頓的「微粒說」和惠更斯的「波動說」兩種觀點,這兩種觀點都在一定歷史時期獲得了成功並產生了巨大的影響,但都不能圓滿解釋所有涉及光的實驗事實。二十世紀人們提出光具有「波粒二象性」――既有波動性也有粒子性,在一定程度上緩解了爭論,並在此基礎上建立了量子力學。