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波粒二象性

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{{NoteTA|G1=物理学}}[[FILE:Dualite.jpg|thumb|200px|波粒二象性示意图说明,从不同角度观察同样一件物体,可以看到两种迥然不同的图样。]]
在[[量子力学]]里,微观粒子有时会显示出波动性(这时粒子性较不显著),有时又会显示出粒子性(这时波动性较不显著),在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。这种称为'''波粒二象性'''({{lang|en|'''wave-particle duality'''}})的量子行为是微观[[粒子]]的基本属性之一。<ref name=French1978>{{citation | last=French|first=Anthony| title = An Introduction to Quantum Physics| date = 1978 | publisher = W. W. Norton, Inc.| isbn = 9780748740789}}</ref>{{rp|105-106}}
==历史==
[[File:Young Diffraction.png|right|thumb|200px|[[托马斯·杨]]做双缝实验得到的干涉图样。]]
在[[十九世纪]]后期,日臻成熟的[[原子论]]逐渐盛行,根据原子理论的看法,物质都是由微小的粒子——[[原子]]构成,例如,[[约瑟夫·汤姆孙]]的[[阴极射线]]实验证实,[[电流]]是由被称为[[电子]]的粒子所组成。在那时,物理学者认为大多数的物质是由粒子所组成。与此同时,[[波动论]]已经被相当深入地研究,包括[[波的干涉|干涉]]和[[衍射]]等现象。由于光波在[[杨氏双缝实验]]、[[夫琅禾费衍射|夫琅禾费衍射实验]]中所展现出的特性,明显地说明它是一种波动。
==发展里程碑==
=== 惠更斯、牛顿 ===
[[File:Huygens_principle.gif|200px|right|thumb|按照[[惠更斯原理]],波的直线传播与球面传播。]]
较为完全的光理论最早是由[[克里斯蒂安·惠更斯]]发展成型,他提出了一种[[光波动说]]。使用这理论,他能够解释光波如何因相互干涉而形成[[波前]],在[[波前]]的每一点可以认为是产生球面次波的点波源,而以后任何时刻的波前则可看作是这些次波的包络。<ref name=Born>{{cite book | last1 =Born | first1 =Max | last2 =Wolf | first2 =Emil | title =Principles of Optics
| publisher =Cambridge University Press | edition =7th(expanded) | date =2011 | isbn =9780521642224
=== 杨、费涅尔、麦克斯韦、赫兹 ===
[[File:Ebohr1_IP.svg|right|200px|thumb|在[[双缝实验]]里,从光源 <math>\mathrm{a}</math> 传播出来的[[相干性|相干光束]],照射在一块刻有两条狭缝 <math>\mathrm{b}</math> 和 <math>\mathrm{c}</math> 的不透明挡板 <math>\mathrm{S2}</math> 。在挡板的后面,摆设了摄影胶卷或某种侦测屏 <math>\mathrm{F}</math> ,用来纪录到达 <math>\mathrm{F}</math> 的任何位置 <math>\mathrm{d}</math> 的光束。最右边黑白相间的条纹,显示出光束在侦测屏 <math>\mathrm{F}</math> 的干涉图样。]]
十九世纪早期,[[托马斯·杨]]和[[奥古斯丁·菲涅耳]]分别做出重大贡献。托马斯·杨完成的[[双缝实验]]显示出,衍射光波遵守[[叠加原理]],这是牛顿的光微粒说无法预测的一种波动行为。这实验确切地证实了光的波动性质。[[奥古斯丁·菲涅耳]]提出[[惠更斯-菲涅耳原理]],在惠更斯原理的基础上假定次波与次波之间会彼此发生干涉,又假定次波的波幅与方向有关。惠更斯-菲涅耳原理能够解释光波的朝前方传播与衍射现象。<ref name=Hecht2002/>{{rp|444-446}}光波动说并没有立刻取代光微粒说。但是,到了十九世纪中期,光波动说开始主导科学思潮,因为它能够说明[[偏振]]现象的机制,这是光微粒说所不能够的。
=== 爱因斯坦与光子 ===
{{main|光电效应}}
[[Image:Photoelectric effect.svg|thumb|right|200px|光电效应示意图:来自左上方的光子衝撞到金属表面,将电子逐出金属表面,并且向右上方移去。]]
[[光电效应]]指的是,照射[[光束]]于[[金属]]表面会使其发射出[[电子]]的效应,发射出的电子称为[[光电子]]。为了产生光电效应,光频率必须超过金属物质的特徵频率,称为其「极限频率」。<ref name=Halliday>{{citation |last1=Halliday|first1=David|last2=Resnick|first2=Robert|last3=Walker|first3=Jerl|title = Fundamental of Physics|publisher = John Wiley and Sons, Inc.|location = USA|edition = 7th|isbn=0-471-23231-9|year=2005}}</ref>{{rp|1060-1063}}<ref name=Serway2013>{{cite book
|last1=Serway|first1=Raymond|last2=Jewett|first2=John
=== 德布罗意与物质波 ===
{{multiple image
| align = right
| direction = vertical
| footer =[[物质波|德布罗意波]]的1维传播,複值波幅的实部以蓝色表示、虚部以绿色表示。在某位置找到粒子的机率(以颜色的不透明度表示)呈波形状延展。
| image1 = Propagation of a de broglie plane wave.svg
| caption1 = [[平面波]]
| width1 = 200
| image2 = Propagation of a de broglie wavepacket.svg
| caption2 = [[波包]]
| width2 = 200
}}
{{Main|物质波}}
1924年,[[路易·德布罗意]]表述出[[德布罗意假说]]。他声称,所有物质都拥有类波动属性。他将物质的[[波长]] <math>\lambda</math> 和[[动量]] <math>p</math> 联系为<ref name="Newton2009"/>{{rp|234}}
==参考文献==
{{reflist|2}}
{{ 量子力学}}
[[category:基础量子物理学|B]]
[[category:对偶理论|B]]
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