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光奇特的屬性——波粒二象性
東西二王
>《物理》
2019.05.17
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光是以粒子存在，以波形式傳播的嗎？
上大學的學物理和化學時就第一次接觸到光的波粒二象性，當時壓根沒搞懂光到底是什么，是波呢還是粒子呢？如果光是波，那么它為什么具有粒子的屬性呢？如果光是粒子，那么它為什么具有波的屬性呢？時至今日，也沒科學家能給出結論光到底是什么。
近現代對光的研究要追溯到笛卡爾的時代，當時人們在對物理光學的研究過程中，光的本性問題和光的顏色問題成為焦點。關于光的本性問題，笛卡兒 在他《方法論》的三個附錄之一《折光學》中提出了兩種假說。一種假說認為，光是類似于微粒的一種物質;另一種假說認為光是一種以'以太'為 媒質 的壓力。雖然笛卡兒更強調媒介對光的影響和作用，但他的這兩種假說已經為后來的微粒說和波動說的爭論埋下了伏筆。
光的衍射現象
十七世紀中期，物理光學有了進一步的發展。1655年，意大利波侖亞大學的數學教授格里馬第在觀測放在光束中的小棍子的影子時，首先發現了光的衍射現象。據此他推想光可能是與水波類似的一種流體。格里馬第第一個提出了'光的衍射'這一概念，是光的波動學說最早的倡導者。
1672年，牛頓總結了他做的光的色散實驗:讓太陽光通過一個小孔后照在暗室里的棱鏡上，在對面的墻壁上會得到一個彩色光譜。他認為光是由很多種不同顏色的粒子組成的，通過色散試驗后就把他們分離開來，由此證明光是粒子。但是1672年2月6日，以胡克為主席，由胡克和波義耳等組成的 英國皇家學會 評議委員會對牛頓提交的論文《關于光和色的新理論》基本上持以否定的態度，至此牛頓大神和胡可大神這對冤家算是杠上了。
波動說的另外一個支持者惠更斯認為，光是一種 機械波 ; 光波 是一種靠物質載體來傳播的縱向波，傳播它的物質載體是'以太';波面上的各點本身就是引起 媒質 振動的波源。根據這一理論，惠更斯證明了 光的反射定律 和折射定律，也比較好的解釋了光的衍射、雙折射現象和著名的' 牛頓環 '實驗。但是因為在19世紀中以前，牛頓在物理界的地位實在太高了，微粒說占據了主導地位。
直到楊氏雙縫干涉實驗的出現，一束光源經過兩條很細小的縫隙后，在雙縫后面放置一塊光屏，在光屏上就會出現干涉條紋，干涉條紋是波特有的性質，由此強有力的證明了光是一種波。托馬斯·楊完成的雙縫實驗顯示出，衍射光波遵守疊加原理，這是牛頓的光微粒說無法預測的一種波動行為。這實驗確切地證實了光的波動性質。
19世紀前波動說再次占據了主導地位，但是在19世紀有四大經典物理不能解決的問題：氫原子光譜、黑體輻射、光電效應和原子穩定性問題。量子力學創始人普朗克破天荒的使用了量子論來解決了黑體輻射問題，緊接著愛因斯坦根據普朗克的量子論引入了光量子這一個概念，從而解決了光電效應問題，兩人都因此獲得了諾貝爾獎。他們兩人主要引入了量子化的概念，他們認為光和能量不是連續的（波是連續的），而是一份一份的（粒子的屬性），這時候光的粒子性就表現出來了，光是粒子又慢慢開始占了上風。
其中楊氏雙縫干涉實驗的衍生版本是最有趣的，其中有一個是這樣做的：在楊氏雙縫干涉實驗的基礎上，我們安裝電子記錄器去跟蹤電子從發射后的路徑，我們最后會發現光的波動性就不存在了，在光屏看到的是兩條亮紋；但是當我們沒有安裝電子記錄器去跟蹤電子的路徑時，在光屏后看到的是亮暗相間的干涉條紋。簡單點說你去跟蹤電子路徑，那電子就是粒子，沒干涉條紋；當你不跟蹤電子路徑時，那她就是波，因此光既不是粒子也不是波，但是它具有波和粒子的雙重對立的屬性，很無奈，但是只能這么解釋。
我的主頁有雙縫干涉實驗的視頻，圖文比較難理解，可以去觀看視頻。如果你喜歡物理學可以關注小編，讓我們一起去探討有趣的物理現象和這個神秘的宇宙。
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