波粒子二元性及其工作原理

量子物理学的波粒子二重性原理认为,物质和光都表现出波和粒子的行为,这取决于实验的情况。这是一个复杂的话题,但却是物理学中最有趣的话题之一。

光中的波粒子二元性

在16世纪,Christiaan Huygens和Isaac Newton提出了光与行为的竞争理论。惠更斯提出了一个光的波理论,而牛顿's是一个"小体"(粒子)光理论。惠更斯和#39;s理论在匹配观测方面存在一些问题,牛顿和#39;s声望有助于支持他的理论,因此,一个多世纪以来,牛顿和#39;s理论占主导地位。

在十九世纪初,光的红细胞理论出现了并发症。已经观察到衍射,一方面它无法充分解释。Thomas-Young's双狭缝实验产生了明显的波浪行为,似乎坚定地支持了Newton's粒子理论上的光波理论。

波通常必须通过某种介质传播。惠更斯提出的培养基是发光的(或更常见的现代术语,)。当James Clerk-Maxwell量化一组方程(称为Maxwell's lawsMaxwell's方程)来解释电磁辐射(包括可见光)作为波的传播,他假设只是一个醚作为传播媒介,他的预测与实验结果一致。

波浪理论的问题是从来没有发现过这样的醚。不仅如此,詹姆斯·布拉德利在1720年对恒星像差的天文观察表明,醚必须相对于移动的地球静止。在19世纪,人们试图直接检测**或它的运动,最终达到了目的在着名的Michelson Morley实验中。他们都没有真正发现**,导致二十世纪开始时的激烈辩论。光是波浪还是粒子?

1905年,阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)发表了他的论文来解释光电效应,该论文提出光作为离散的能量束传播。光子中包含的能量与光的频率有关。这个理论被称为光的光子理论(尽管光子这个词是'直到几年后才创造出来)。

对于光子,**不再是传播的必要手段,尽管它仍然留下了为什么观察到波行为的奇怪悖论。更奇特的是双狭缝实验的量子变化和康普顿效应,这似乎证实了粒子的解释。

随着实验的进行和证据的积累,影响迅速变得清晰和令人担忧:

光作为粒子和波都起作用,这取决于实验是如何进行的女性健康小知识以及何时进行观察。

物质中的波粒子二元性

大胆的德布罗格里假说解决了这种二元性是否也出现在物质上的问题,该假说扩展了爱因斯坦和39的工作,将观测到的物质波长与其动量联系起来。实验证实了这一假设,于1927年获得1929年诺贝尔奖。

就像光一样,似乎物质在正确的环境下表现出波和粒子的特性。显然,巨大的物体表现出非常小的波长,事实上它很小,以至于以波浪的方式思考它们是毫无意义的。但是对于小物体,波长可以是可观察的和显着的,如通过电子的双狭缝实验所证明的。

波粒子二元性的意义

Th波粒子二元性的主要意义在于,光和物质的所有行为都可以通过使用表示波函数的微分方程来解释,该微分方程通常以薛定谔方程的形式。这种以波浪形式描述现实的能力是量子力学的核心。

最常见的解释是波函数表示在给定点找到给定粒子的概率。这些概率方程可以衍射,干涉并表现出其他类似波浪的特性,从而产生最终的概率波函数,也表现出这些特性。粒子最终根据概率定律分布,因此表现出波浪特性。换句话说,粒子在任何位置的概率是波,但粒子的实际物理外观不是。

虽然数学虽然复杂,但却做出了准确的预测,但这些方程的物理含义更难掌握。试图解释波粒子二元性"实际上意味着"是量子物理学争论的关键点。存在许多解释来试图解释这一点,但它们都受到同一组波方程的约束。。。并最终必须解释相同的实验观察结果。

由Anne-Marie Helmenstine编辑,博士。