波粒子二元性及其工作原理

量子物理學(xué)的波粒子二重性原理認(rèn)為，物質(zhì)和光都表現(xiàn)出波和粒子的行為，這取決于實(shí)驗(yàn)的情況。這是一個(gè)復(fù)雜的話題，但卻是物理學(xué)中最有趣的話題之一。

光中的波粒子二元性

在16世紀(jì)，Christiaan Huygens和Isaac Newton提出了光與行為的競爭理論?；莞固岢隽艘粋€(gè)光的波理論，而牛頓's是一個(gè)"小體"（粒子）光理論?；莞购?39;s理論在匹配觀測方面存在一些問題，牛頓和#39;s聲望有助于支持他的理論，因此，一個(gè)多世紀(jì)以來，牛頓和#39;s理論占主導(dǎo)地位。

在十九世紀(jì)初，光的紅細(xì)胞理論出現(xiàn)了并發(fā)癥。已經(jīng)觀察到衍射，一方面它無法充分解釋。Thomas-Young's雙狹縫實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了明顯的波浪行為，似乎堅(jiān)定地支持了Newton's粒子理論上的光波理論。

波通常必須通過某種介質(zhì)傳播?；莞固岢龅呐囵B(yǎng)基是發(fā)光的（或更常見的現(xiàn)代術(shù)語，醚）。當(dāng)James Clerk-Maxwell量化一組方程（稱為Maxwell's laws或Maxwell's方程）來解釋電磁輻射（包括可見光）作為波的傳播，他假設(shè)只是一個(gè)醚作為傳播媒介，他的預(yù)測與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

波浪理論的問題是從來沒有發(fā)現(xiàn)過這樣的醚。不僅如此，詹姆斯·布拉德利在1720年對(duì)恒星像差的天文觀察表明，醚必須相對(duì)于移動(dòng)的地球靜止。在19世紀(jì)，人們試圖直接檢測**或它的運(yùn)動(dòng)，最終達(dá)到了目的在著名的Michelson Morley實(shí)驗(yàn)中。他們都沒有真正發(fā)現(xiàn)**，導(dǎo)致二十世紀(jì)開始時(shí)的激烈辯論。光是波浪還是粒子？

1905年，阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）發(fā)表了他的論文來解釋光電效應(yīng)，該論文提出光作為離散的能量束傳播。光子中包含的能量與光的頻率有關(guān)。這個(gè)理論被稱為光的光子理論（盡管光子這個(gè)詞是'直到幾年后才創(chuàng)造出來）。

對(duì)于光子，**不再是傳播的必要手段，盡管它仍然留下了為什么觀察到波行為的奇怪悖論。更奇特的是雙狹縫實(shí)驗(yàn)的量子變化和康普頓效應(yīng)，這似乎證實(shí)了粒子的解釋。

隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行和證據(jù)的積累，影響迅速變得清晰和令人擔(dān)憂：

光作為粒子和波都起作用，這取決于實(shí)驗(yàn)是如何進(jìn)行的女性健康小知識(shí)以及何時(shí)進(jìn)行觀察。

物質(zhì)中的波粒子二元性

大膽的德布羅格里假說解決了這種二元性是否也出現(xiàn)在物質(zhì)上的問題，該假說擴(kuò)展了愛因斯坦和39的工作，將觀測到的物質(zhì)波長與其動(dòng)量聯(lián)系起來。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一假設(shè)，于1927年獲得1929年諾貝爾獎(jiǎng)。

就像光一樣，似乎物質(zhì)在正確的環(huán)境下表現(xiàn)出波和粒子的特性。顯然，巨大的物體表現(xiàn)出非常小的波長，事實(shí)上它很小，以至于以波浪的方式思考它們是毫無意義的。但是對(duì)于小物體，波長可以是可觀察的和顯著的，如通過電子的雙狹縫實(shí)驗(yàn)所證明的。

波粒子二元性的意義

Th波粒子二元性的主要意義在于，光和物質(zhì)的所有行為都可以通過使用表示波函數(shù)的微分方程來解釋，該微分方程通常以薛定諤方程的形式。這種以波浪形式描述現(xiàn)實(shí)的能力是量子力學(xué)的核心。

最常見的解釋是波函數(shù)表示在給定點(diǎn)找到給定粒子的概率。這些概率方程可以衍射，干涉并表現(xiàn)出其他類似波浪的特性，從而產(chǎn)生最終的概率波函數(shù)，也表現(xiàn)出這些特性。粒子最終根據(jù)概率定律分布，因此表現(xiàn)出波浪特性。換句話說，粒子在任何位置的概率是波，但粒子的實(shí)際物理外觀不是。

雖然數(shù)學(xué)雖然復(fù)雜，但卻做出了準(zhǔn)確的預(yù)測，但這些方程的物理含義更難掌握。試圖解釋波粒子二元性"實(shí)際上意味著"是量子物理學(xué)爭論的關(guān)鍵點(diǎn)。存在許多解釋來試圖解釋這一點(diǎn)，但它們都受到同一組波方程的約束。。。并最終必須解釋相同的實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果。

由Anne-Marie Helmenstine編輯，博士。