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光的学说
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光的电磁说

说明光在本质上是电磁波的理论。电磁辐射不仅与光相同,并且其反射、折射以及偏振之性质也相同)由麦克斯韦的理论研究表明,空间电磁场是以光速传播。这一结论已被赫兹的实验证实。麦克斯韦,在1865年得出了结论:光是一种电磁现象。按照麦克斯韦的理论c/v=√( ε* μ)   式中c为真空中的光速。ν为在介电常数为ε和导磁系数为μ的媒质中的光速,因为c/v=n(折射率),所有n=√( ε* μ)   这个关系式给出了物质的光学常数,电学常数和磁学常数之间的关系。当时从上述的公式中看不出n应随着光的波长λ而改变,因而无法解释光的色散现象。后来罗仑兹在1896年创立了电子论,从这一理论看,介电常数ε是依赖于电磁场的频率,即依赖于波长而变的,从而搞清了光的色散现象。光的电磁理论能够说明光的传播、干涉、衍射、散射、偏振等许多现象,但不能解释光与物质相互作用中的能量量子化转换的性质,所以还需要近代的量子理论来补充。

光的微粒说

关于光的本性的一种学说。17世纪曾为牛顿等所提倡。这种学说认为光由光源发出的微粒、它从光源沿直线行进至被照物,因此可以想像为一束由发光体射向被照物的高速微粒。这学说很直观地解释了光的直进及反射折射等现象,曾被普遍接受;直到19世纪初光的干涉等现象发现后,才被波动说所推翻。1905年提出光是一种具有粒子性的实物(光子)。但这观念并不摒弃光具有波动性质。这种关于光的波粒二象性的认识,是量子理论的基础。

光的波动说

关于光的本性的一种学说。第一位提出光的波动说的是与牛顿同时代的荷兰人惠更斯。他在17世纪创立了光的波动学说,与光的微粒学说相对立。他认为光是一种波动,由发光体引起,和声一样依靠媒质来传播。这种学说直到19世纪初当光的干涉和衍射现象被发现后才得到广泛承认。19世纪后期,在电磁学的发展中又确定了光实际上是一种电磁波,并不是同声波一样的机械波。1888年德国物理学家赫兹用实验证明了电磁波的存在,从此奠定了光的电磁理论。这一理论能够说明光的传播、干射、衍射、散射、偏振等许多现象。但不能解释光与物质相互作用中的能量量子化转换的性质,所以还需要近代的量子理论来补充。

光的波粒二象性

光电效应以及康普顿效应无可辩驳地证明了光是一种粒子,但是光的干涉和光的衍射又表明光确实是一种波。光到底是什么?光是一种波,同时也是一种粒子。光具有波粒二象性。这就是现代物理学的回答。

波动理论几乎在所有光学和电磁学的现象中得到了验证,这是19世纪物理学的一个重大成果。但到19世纪末期,有一些实验现象要不是无法解释,就是违反当时理论,其中一个争议即为光电效应。实验数据的结果指出,放出的电子能量与光线的频率成正比,而非强度。更特别的是,当光线小于某一个最小频率后,无论再加大强度,都不会产生感应电流,这现象似乎是违反了波理论。许多年来,物理学家们尝试寻找答案都无功而返,直到1905年爱因斯坦让粒子理论重回历史舞台。由于太多的实验现象为波动理论佐证,使得爱因斯坦的想法,在当时的物理学界受到了巨大质疑。然而爱因斯坦对光电效应的解释最终得到了认同,并开启了波粒二象性和量子力学两扇大门。

 

 
     
 
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