1、光的波粒二象性光的波粒二象性物物 质质 波波光的干涉、衍射和偏振等现象表明光具有波动性，光的干涉、衍射和偏振等现象表明光具有波动性，而光电效应等现象又无可争辩地表明光是具有能量的光而光电效应等现象又无可争辩地表明光是具有能量的光子流，即光具有粒子性。这样，已经退出历史舞台的光子流，即光具有粒子性。这样，已经退出历史舞台的光的微粒说，在的微粒说，在20世纪初又以新的形式被重新提了出来。世纪初又以新的形式被重新提了出来。现在人们认识到，光既具有波动性又具有粒子性，现在人们认识到，光既具有波动性又具有粒子性，即光具有即光具有波粒二象性波粒二象性。一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性没有任何宏观物体既
2、具有波动性，又具有粒子性，对没有任何宏观物体既具有波动性，又具有粒子性，对于宏观物体来说，波粒二象性是难以想象的。但是，对于于宏观物体来说，波粒二象性是难以想象的。但是，对于光子这样的微观粒子，却只有从波粒二象性出发，才能说光子这样的微观粒子，却只有从波粒二象性出发，才能说明它的各种行为。实际上，爱因斯坦的光子说并没有否定明它的各种行为。实际上，爱因斯坦的光子说并没有否定光的电磁说，光子能量光的电磁说，光子能量E=h,其中的频率其中的频率 表示的仍是波表示的仍是波的特性。此外，光子说的特性。此外，光子说和电磁说都可以推导出光具有动量，和电磁说都可以推导出光具有动量，并且为实验所证实。光子说的结
3、论是光子的动量并且为实验所证实。光子说的结论是光子的动量p=h/c，电磁说的结论是辐射能为电磁说的结论是辐射能为E的光子具有的动量是的光子具有的动量是p=E/c。由由于光子的能量于光子的能量E=h，所以，这两个学说得到的结论是一，所以，这两个学说得到的结论是一致的。可见致的。可见,对于宏观物体来说完全对立的粒子性和波动性，对于宏观物体来说完全对立的粒子性和波动性，在微观世界却完美地统一体现在微观粒子身上，这是一个在微观世界却完美地统一体现在微观粒子身上，这是一个必须承认的事实。必须承认的事实。在光的双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，并设在光的双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，并设法减弱
4、光子流的强度，直到使光子只能一个一个地通过狭缝。法减弱光子流的强度，直到使光子只能一个一个地通过狭缝。实验表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些无规则实验表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些无规则分布的点子，这些点子是光子打在底片上形成的，表现出光分布的点子，这些点子是光子打在底片上形成的，表现出光的粒子性，这些点子的分布是无规则的。但是，如果曝光时的粒子性，这些点子的分布是无规则的。但是，如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，就像用强光经间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，就像用强光经短时间曝光后产生的结果一样。可见，光的波动性是大量光短时间曝光后产生的结果一样。可
5、见，光的波动性是大量光子表现出来的现象。在干涉条纹中，那些光波强度大的地方子表现出来的现象。在干涉条纹中，那些光波强度大的地方也就是光子到达的概率多的地方；光波强度小的地方也就是也就是光子到达的概率多的地方；光波强度小的地方也就是光子到达的概率小的地方。所以，从这种意义上讲，可以把光子到达的概率小的地方。所以，从这种意义上讲，可以把光的波动性看作是表明大量光子运动规律的一种概率波。光的波动性看作是表明大量光子运动规律的一种概率波。从微粒说到光量子说，这个漫长的过程就是对光的从微粒说到光量子说，这个漫长的过程就是对光的本质辩证地否定的过程。这些假说模型经过一次次辩证本质辩证地否定的过程。这些假说
6、模型经过一次次辩证地否定，最后就越来越接近光的真实面目了。地否定，最后就越来越接近光的真实面目了。二、物质波二、物质波 在光的波粒二象性的启发下，德国物理学家德布罗在光的波粒二象性的启发下，德国物理学家德布罗意（意（1892-1987）利用比较和综合的方法，于）利用比较和综合的方法，于1924年大胆年大胆提出：任何一个运动的粒子（像电子、质子、中子等）都提出：任何一个运动的粒子（像电子、质子、中子等）都有一种与它对应的波，其波长有一种与它对应的波，其波长为为ph 式中式中p 是运动粒子的动量，是运动粒子的动量，h 是普朗克常量。人们把这种是普朗克常量。人们把这种波叫做物质波，也叫做波叫做物质波，也叫做德布罗意波德布罗意波。物质波的发现很快就在技术中得到重要的应用。下图物质波的发现很快就在技术中得到重要的应用。下图的电子显微镜就是一个突出的例子。的电子显微镜就是一个突出的例子。练练 习习 1.电子甲的速度是电子乙的速度的电子甲的速度是电子乙的速度的2倍，哪个电子倍，哪个电子的德布罗意波长较短？的德布罗意波长较短？2.同样速度的氢原子和银原子，哪种原子的德布罗同样速度的氢原子和银原子，哪种原子的德布罗意波长较短？意波长较短？
