让无数物JBO竞博理学家头疼的波粒二象性到底是什么?

  新闻资讯     |      2023-09-13 00:58

  JBO竞博(1596-1650)是公认的第一个得到科学性观点的科学家。笛卡尔将当时已知的光的传播规律与已知的声音的传播规律进行了比较,他认为接下来的200年里,在科学家们围绕光是由粒子还是波组成的争论中,他们并没有发现争论的关键点在所在JBO竞博。在这期间,

  是光的粒子说最著名的支持者,尽管他也承认单个的光粒子在碰撞时可以像波一样相互干扰,但由于他的影响力,粒子说这一观点作为主流学说流行了将近一个世纪,。但随着光学仪器测量精度逐渐提高,实验事实证明光确实是以波而不是粒子流的形式传播的。压垮粒子理论的最后一根稻草出现在1802年,当时

  进行了著名的双缝实验。双缝实验现在是大学新生物理实验课的重要组成部分,光被照在挡光屏上,挡光屏上有两条非常窄的狭缝,两条狭缝相距很近。穿过两个狭缝的光照在挡光屏后方的接光屏上

  JBO竞博。如果光是由直线运动的粒子组成的,那么我们应该在狭缝后面的屏幕上看到两条亮线:

  光源放置的位置使得光波到达两个狭缝时具有相同的相位。但是,由于两个狭缝是分开的,所以每个狭缝中的光束到屏幕上每个点的距离都略有不同,光的传播时间也略有不同,因此到达接光屏上某点的两束光具有相位差。在屏幕上的某个点上,当两束光的相位差为π(180°)时,它们相互抵消,该点看起来很暗。为了详细说明这一点,让我们试着用

  杨的观点推导一个公式JBO竞博,这个公式会告诉我们屏幕的哪些位置应该是亮的,哪些部分应该是暗的,然后让我们验证这个公式是否符合我们的观察结果(了解的可以跳过)。为此,我们将找到相位差Δϕ 与屏幕上位置的关系。

  我们通过考虑两条路径 S₁P 和 S₂P 的长度差(我们称之为 ΔL)来实现这一点。同时假设挡光屏到接光屏的距离D远大于x和狭缝间距d。角度 θ 是三角形 P₀AP 中角 A 的大小。

  接下来以 P 为圆心,以 PS₁ 为半径做圆,与 S₂P 相交于 B 点:

  C 就是两条路径的长度差。由于三角形 S₁S₂C 的斜边是给定的,因此我需要S₁C的长度或角度∠S₂S₁C 的量度来求出S₂C 的长度。

  C也非常小,所以角度∠S₂S₁C也是如此。我们将假设这两个角度近似相等,因为当D趋于无穷大时,S₂C和θ都正比于1/D且趋于0.光波从S₁传播到P所需的时间为t₁= S₁P / c,因此,如果这束光的角频率为ω,则到达P时产生的相位为ωS₁P / c,并且由于从

  到C的距离是dsinθ,这意味着来自S₂的光波到达P时的相位为(ω/ c)(S₁P +dsinθ),因此两束光在P处的相位差为Δϕ =(ωd/ c)sinθ= (2π/λ)dsinθ。现在,我们需要进一步的论证来得到P处的亮度。事实证明,同一点上两束相干光束亮度由下式给出:

  S₁和S₂发射的波不是光束,但是由于我们仅考虑某一个点上的强度,因此我们可以把它们看作光束。又因为两个狭缝到P点距离不同,所以振幅不会完全相等,但是由于距离差别很小,因此可以将两个光束近似地视为在P处具有相同的振幅I₀。如果用这种方法计算得到的下列函数可以给出图中暗点的位置,那么就说明光是波:

  。光的波动理论经受住了所有挑战,在1873年,当麦克斯韦的电磁学理论被亥维塞和赫兹的实验验证时,几乎所有人都接受了光是一种波。剩下的两个问题是光的经典电磁学理论无法解决的,直到1905年科学家们才回答了这个问题。

  的论文,在这篇论文中他提出了解决这个问题的方法。后来,该论文为他赢得了1921年的诺贝尔物理学奖。这个解决方案受到了之前一个令人意想不到的理论的启发。

  黑体是不反射任何入射辐射的理想物体,因此从黑体上检测到的任何辐射都必然是热辐射。当人们测量黑体辐射的频谱时,结果如下图所示:

  。这不仅不符合实验结果,而且还意味着宇宙中的物质都将在瞬间将所有储存的能量辐射出去。

  尽管他只是将离散的原因归结为光粒子而已。本质上,普朗克的方法将腔体内的辐射场视为谐振子组成的系统,该系统自发地与腔壁原子交换来回的能量,其中一些能量通过孔自发地辐射出去。

  1921年,康普顿散射的结果完全验证了爱因斯坦的假设,它发现电子和光子之间的碰撞的行为类似于粒子的碰撞。这表明光在某种程度上既像粒子又像波,怎么会这样?这好像还不够奇怪,几年后,事情变得更奇怪了。

  进行了一系列实验,他们利用电子束分析镍碎片的表面。他们的假设是镍的粗糙表面会散射电子,他们希望通过分析散射的电子来获得有关镍样品表面特征的信息。

  令戴维森失望的是,最初的试验没有发现有关镍样品表面或镍原子结构的任何有趣信息。结果表明,在分子尺度上晶体表面的粗糙度导致电子沿随机方向散射。但是后来在1925年发生了

  戴维森所做的第一件事是找显微镜学家卢卡斯分析样品,他发现了样品规则的晶体结构。

  像大多数金属一样,镍的结构在室温下是多晶的。这意味着可以将其看作取向杂乱无章的晶粒。

  1926年,戴维森参加了英国科学促进协会在牛津召开的会议。在那儿,他了解了德布罗意的最新假说,即电子可以像波一样运动,令他惊讶的是,马克斯·玻恩(Max Born)在一次演讲中引用了戴维森反常的实验结果作为德布罗意的假说的证据。

  根据玻恩的说法,电子波以类似于布拉格衍射的方式从平行晶体表面散射开。在布拉格衍射中,入射到晶体表面的X射线在不同平行晶体层上反射时会产生光程差:

  戴维森(Davisson)在接下来的几年中一直在这个方向上努力。最终在1928年发表的论文《镍晶体中的反射电子》中,戴维森和革末报告说,尽管衍射过程与布拉格衍射不完全相同,这两个过程之间存在明显的相似性。由于这项工作,戴维森与G.P.汤姆森一起获得了1937年诺贝尔物理学奖,他也一直在进行类似的实验。

  尽管到1961年问题已经完全解决,但为了更好的测量,蒂宾根大学的德国物理学家克劳斯·詹森(ClausJönsson)进行了一次电子双缝实验,该实验得到了一个与杨双缝干涉图样类似的图样。

  ²是测量能量时系统具有能量E的概率。如果测量到系统的能量为E,则波动函数会“塌陷”为:

  假设在我们的阴极射线管实验中,我们知道电子的能量,因为我们可以控制电子离开电子枪的能量。可以确定波函数为:

  这些过程实际上是各种量子场或经典场之间的相互作用,而这些场则被视为基本物理实体。