電磁波的波粒二象性


 

電磁波的波粒二象性解讀


電磁波的波粒二象性這個從字面意義上解釋就是“電磁波同時具有粒子的性質,也具有波的性質”。

這么說可能還是很含糊哈,我們先把波的性質和粒子的性質分開來解釋。


波動性:

只從電磁波來考慮的話(事實上從量子力學的角度來說一切物質都具有波粒二象性,這里先只分析電磁波),首先是波動性:

波最基本的特性干涉和衍射,簡單說就是波在遇到障礙的時候可以繞過障礙物繼續傳播。而實物粒子,我們在經典物理里知道運動的物體遇到障礙會發生碰撞,而不是主動“繞過去”。因此干涉和衍射是波特有的一種性質,而電磁波的干涉衍射是很容易觀察到的(例如激光干涉),必須要用波的性質才能解釋這些實驗現象,所以說電磁波有波動性,這個人們在很早以前就已經發現了。


粒子性:

剛剛上面說了,遇到障礙的時候“繞過去”是波的性質,而發生經典意義上的“碰撞”是粒子的性質。為什么說電磁波具有粒子性呢,這個其實也是實驗現象的解釋。x射線在經過電子的時候,發生散射,按照波動性的解釋,出射電磁波的頻率應該是不變的,但事實上出射電磁波的頻率卻是下降的,這個降低和出射角有關。這個就是波的性質沒法解釋的東西了,而經典物理里的粒子碰撞(能量守恆、動量守恆)卻可以很好的解釋這個問題。因為實物粒子的性質可以解釋電磁波的一些物理現象,所以我們說電磁波具有粒子性。

電磁波同時具有波動性(波長、頻率、振幅等)和粒子性(動能、動量等),因此不屬於傳統意義上的經典粒子或波,所以說其具有“波粒二象性”

如果看電磁波的波粒二象性的公式,我們可以發現等號一側是實物粒子特有的物理參數(能量、動量),另一側則是波特有的物理參數(頻率、波長),他們之間通過普朗克常數連接,表明的是電磁波粒子性和波動性之間的關系。

比較好的一個例子是愛因斯坦用光的波粒二象性解釋光電效應(就是咱們現在太陽能電池的基礎啦)


 
題外話,波粒二象性實際上不僅僅是電磁波,一切物質都具有這個性質。只不過當物質體積很大的時候,他的波動性表現的特別特別小,以至於把它當成是純粹的粒子性也不影響。而當物質特別特別小的時候,波動性就很明顯,這個時候不能忽略掉波動性的影響。(牛頓經典物理不能解釋宏觀高速問題也是這個道理,因為低速情況下有些影響因素就不會表現出來,后來愛因斯坦把這個坑給填上了,就是相對論)
 
 
 
 
參考:  https://www.zhihu.com/question/44477747/answer/97563939


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