基本介紹
- 中文名：微觀粒子波粒二象性
- 外文名：Wave-particle duality
- 能效：是波，也是點陣
- 提出者：費曼
- 內容：微觀粒子與經典粒子
介紹,發展里程碑,
介紹
這是對比子彈、水波和電子通過雙縫的實驗裝置原理圖：
子彈
關閉下縫，子彈通過上縫到達屏上，觀察到的子彈密度分布如曲線P1 所示。反之, 關上縫開下縫，得子彈密度分布曲線P2。將P1與P2疊加，得到曲線P1 +P2。同時打開縫1和縫2，發射兩倍數目的子彈，最後得到的子彈數目分布曲線是曲線P3。曲線P3與P1 +P2完全一樣，稱為“非相干疊加”。
由此可見，子彈的波動性表現很不明顯，子彈通過雙縫後在屏上形成了非相干疊加， 即主要表現了粒子性。
水波
因為水波通過雙縫時被分為兩個相干的次波源，它們在空間將進行相干疊加，所以將呈現出雙縫干涉圖樣。
電子
電子通過狹縫後在屏上出現的位置不可預測。觀察時間較短時，屏上記錄點的分布看起來沒有什麼規律。當時間足夠長，屏上接收的電子數越來越多，有些地方很密，有些地方則很疏，其分布將形成有規律的單縫衍射圖樣。
同時打開雙縫，電子象子彈那樣，只能通過其中一條縫；但是，電子在接收屏上出現的結果卻顯示出了確定分布的干涉圖樣。
實驗結果表明：電子的行為既不等同於經典粒子，也不等同於經典波動，它兼有粒子和波動的某些特性，這就是波粒二象性。
波粒二象性(wave-particle duality)是指某物質同時具備波的特質及粒子的特質。波粒二象性是量子力學中的一個重要概念。在量子力學裡，微觀粒子有時會顯示出波動性(這時粒子性較不顯著)，有時又會顯示出粒子性(這時波動性較不顯著)，在不同條件下分別表現出波動或粒子的性質。這種量子行為稱為波粒二象性，是微觀粒子的基本屬性之一。1905年，愛因斯坦提出了光電效應的光量子解釋，人們開始意識到光波同時具有波和粒子的雙重性質。1924年，德布羅意提出"物質波"假說，認為和光一樣，一切物質都具有波粒二象性。根據這一假說，電子也會具有干涉和衍射等波動現象，這被後來的電子衍射試驗所證實。
2015年瑞士洛桑聯邦理工學院科學家成功拍攝出光同時表現波粒二象性的照片。
發展里程碑
惠更斯、牛頓
按照惠更斯原理，波沿直線傳播與球面傳播。
較為完全的光理論最早是由克里斯蒂安·惠更斯發展成型，他提出了一種光波動說。使用這理論，他能夠解釋光波如何因相互干涉而形成波前，在波前的每一點可以認為是產生球面次波的點波源，而以後任何時刻的波前則可看作是這些次波的包絡。從他的原理，可以給出波的直線傳播與球面傳播的定性解釋，並且推導出反射定律與折射定律，但是他並不能解釋，為什麼當光波遇到邊緣、孔徑或狹縫時，會偏離直線傳播，即衍射效應。惠更斯假定次波只會朝前方傳播，而不會朝後方傳播。他並沒有解釋為什麼會發生這種物理行為。稍後，艾薩克·牛頓提出了光微粒說。他認為光是由非常奧妙的微粒組成，遵守運動定律。這可以合理解釋光的直線傳播和反射性質。但是，對於光的折射與衍射性質，牛頓的解釋並不很令人滿意，他遭遇到了較大的困難。
由於牛頓無與倫比的學術地位，他的粒子理論在一個多世紀內無人敢於挑戰，而惠更斯的理論則漸漸為人淡忘。直到十九世紀初衍射現象被發現，光的波動理論才重新得到承認。而光的波動性與粒子性的爭論從未平息。
普朗克黑體輻射定律
1901年，馬克斯·普朗克發表了一份研究報告，他對於黑體在平衡狀況的發射光波頻譜的預測，完全符合實驗數據。在這份報告裡，他做出特別數學假說，將諧振子(組成黑體牆壁表面的原子)所發射或吸收的電磁輻射能量加以量子化，他稱呼這種離散能量為量子。
其中， 是離散能量， 是普朗克常數。
這就是著名的普朗克關係式。從普朗克的假說，普朗克推導出一條黑體能量分布定律，稱為普朗克黑體輻射定律。
