光的波粒二象性

　　你曾经肯定在上课的时候偷偷用镜子观察过同学，在雨后偶尔会看到彩虹，发现装水碗中的筷子出现折断现象；也曾往水中扔下一颗石子发现水波向周围扩散，自己在上课时和同桌说悄悄话被老师听到，在电影院观看3D电影时需要佩戴特殊眼镜。虽然这些只是简单的生活现象，但是在现象的背后却蕴含着不同的物理含义。这些现象折射出了光的波粒二象性。

图1 光的折射（粒子性）

图2 光的反射与折射（粒子性）

　　光的波粒二象性，顾名思义，就是说光作为一种物质，具有两种特性，即波动性与粒子性。光不仅可以部分地以粒子的术语来描述，也可以部分地用波的术语来描述。爱因斯坦曾经描述过这个现象：“好像有时我们必须用一套理论，有时候又必须用另一套理论来描述（这些粒子的行为），有时候又必须两者都用。我们遇到了一类新的困难，这种困难迫使我们要借助两种互相矛盾的观点来描述现实，两种观点单独是无法完全解释光的现象的，但是合在一起便可以。”

　　早初，科学家们认为光是一种波，即光的波动说占主导位置。根据光的波动学说，可以定性解释光的直线传播与球面传播，但是，也会有这样的现象出现：当光遇到障碍物时，会偏离原来的直线传播。对于这种现象，光的波动说不能做出很好的解释。为此，光的粒子性学说提了出来。光的粒子性学说指出，光是由一些微小的粒子组成，这些粒子遵循运动定律，这一学说可以很好的解释光的直线传播、光的发射与折射。随着科学家们发现光的衍射现象，光的粒子性学说备受压力，因为其不能解释为什么会出现光的衍射。相反，光的波动性却能很好的说明光的衍射现象。

　　所谓波动性包括干涉、衍射等微观现象，粒子性包括反射、折射等宏观现象。随着人们的认知的增强及对宇宙世界的探索，人们从宏观世界的认识（粒子性）到微观世界的探索（波动性），最后实现波动性与粒子性的辩证统一，即光的波粒二象性理论的诞生。

　　光的波动性与粒子性的有机结合，使得人们可以完整地认识光这一种物质。对于个别光子的作用效果，往往表现为粒子性，而大量光子的作用效果往往表现为波动性；同时，光在传播的过程中往往表现出其波动特性，而在与物质发生相互作用的时候，表现为粒子特性。

图3 光的偏振(波动性）

图4 杨氏双缝（波动性）

图5 衍射图样（波动性）

　　光的波粒二象性的发展史

　　总体而言，光的波粒二象性理论为物理学界的发展做出很大的贡献，不仅解释了光的本质，而且在此过程中对光的参数进行测量，使人们对光有了更为具体的认识，同时也将光的波粒二象性推广到一切粒子，对人们研究宇宙世界提供新的思维方式，最后也为量子力学的发展奠定了基础。

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