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为什么会出现波的衍射（超弦理论第十八讲）
为什么会出现波的衍射（超弦理论第十八讲）
2024-09-27 12:59:33  作者:一个人不变  网址:https://m.xinb2b.cn/life/ska135062.html

从牛顿时代以来，有关光是粒子还是波的争论持续了好几百年牛顿认为光是由粒子流所组成的，但与他同时代的物理学家惠更斯却认为光是波最终通过英国物理学家托马斯杨在19世纪所做的双缝干涉实验，光是波的主流观点逐渐占据了上风，光是粒子还是波的争论暂告一段落，下面我们就来说一说关于为什么会出现波的衍射?我们一起去了解并探讨一下这个问题吧!


为什么会出现波的衍射

从牛顿时代以来，有关光是粒子还是波的争论持续了好几百年。牛顿认为光是由粒子流所组成的，但与他同时代的物理学家惠更斯却认为光是波。最终通过英国物理学家托马斯杨在19世纪所做的双缝干涉实验，光是波的主流观点逐渐占据了上风，光是粒子还是波的争论暂告一段落。

我相信能够看到我这篇文章的大多数人也对于量子力学有一些了解了，由于这个实验太出名了，也有太多人讲过了，所以对于双缝干涉实验我就不详细论述了。

总的来说，托马斯杨的双缝干涉实验很好地证明了光的波动性。后来麦克斯韦证明了光是一种电磁波的论证，又为光的波动说奠定了坚实的数学基础。

仿佛光是波的说法已经盖棺定论了，但总有人不信这个邪。作为物理学界有名的反叛者，打倒了牛顿神圣引力的爱因斯坦，这一次在光的波粒之争中却又占到了牛顿的一方。

上文我就讲述过爱因斯坦为什么会认为光是粒子。因为如果光是波的话，是没有办法解释光电效应的。

但与此同时，我们又会思考一个问题：

解释光电效应我们可以把光看成粒子，而在双缝实验中光又产生的波动性。在光通过双缝的时候，产生了波才有的干涉模式。这足以说明光的性质具有波粒二象性，它既是波又是粒子。

但他这种波动性又是如何作用的呢？

一般人可能会这样猜想，一束光里面拥有着无穷的光子。只要光的粒子数目足够大，那么他就有可能产生如干涉效应一般的波的特征。

但事实真的是如此吗？只有发射足够强的光才能展现波动性吗？只有一次性发射大量数目才能使光子之间相互干涉吗？

实际上，我们采用不同时间发射出光子，让它们每隔一段时间以缓慢的速度挨个通过双缝。只要等待足够长的时间，不管我们发射多少个光子，当数目足够多的时候，在不同时间发射的光子之间依然会产生干涉的效应。其反应到背景板的图样依然会产生波的干涉特性。

这个实验结果是令人难以接受，因为这些光子通过双缝的时间完全不同，其在时空中仿佛也完全没有影响的可能，那究竟是什么让光子之间相互干涉的呢？

按照我们传统的思维，我们以为光子在通过双缝的时候，要么是通过了左缝，要么是通过了右缝。但从实验结果来看，事实并不是如此。

我们如果在光子快要通过双缝的时候，将其中一条缝关闭，我们就会发现光的波动性特征又完全地消失。其打到背景板就完全跟发射宏观粒子一样，其展示的又是他的粒子性。

当看到这些实验结果以后，我们不禁又疑惑了。一束光通过一条缝的方式，竟然完全取决于另外一条缝是否打开。双缝的时候就展示波动性，单缝的时候又展现其粒子性。

这可真是足够离奇的。

从上述实验可知，自从爱因斯坦所提出的光是粒子的学说发表以后，我们可以知道光具有粒子性的说法跟牛顿时代所说的光是粒子完全不同。因为光同时也具有波动性，光的粒子性是相对，而不是绝对的。

但知道了光既是粒子又是波的事实以后，我们对于光的了解并没有因为时发展彻底弄清楚。相反，由于实验所表现出的离奇特征，我们反而对于光的本质变得越来越疑惑了。

费曼说，没有人能够懂得量子力学。在微观世界里，微观物质所产生出来的特性的确十分挑战我们宏观世界中所形成的直觉和经验。

光既是粒子又是波，那么他这种波的特性又是怎通过怎样的方式实现的呢？

1923年，法国物理学家德布罗意通过对于物质波的研究，成功地将量子特性从光扩散到我们所熟知的一切。他发表的有关物质波的理论，也为他赢得了1929年的诺贝尔物理学奖。

德布罗意提出，光不仅具有波粒二象性，物质同样如此。他的论证其实很简单，就是把爱因斯坦的质能方程与普朗克的波动方程联系起来。德布洛意认为量子理论说明波动的光可以用粒子来描写，那么我们通常以为的物质粒子也同样可以用波的形式来描述。

由于他的理论足够简洁且清晰，所以没过多久相关的实验就成功地证明了他的预言。我们把双缝干涉实验里面的光子变成电子，我们依然得出电子也具有干涉效应的事实。作为一种基本的物质，电子除了我们熟悉的粒子形态以外，同样还被赋予了波的特性。

不仅是电子，我们所熟知的一切物质都具有波的特性。但与此同时，我们却又产生了一个问题，我们所熟知的物质，每一个都实实在在地存在于我们的生活。但为何我们却没有体会到这些物质其波动性的特征呢。

通过德布洛意的物质波理论，这个问题便很容易回答。在我们的寻常宏观世界里，相比于普朗克尺度，我们所观测到的物质对比于微观世界简直是大得惊人。由于物质只在极小的微观世界里其波动性才足够的明显，所以在我们平常生活中依然具有波动性，只是这种波动性由于我们粗略的观测被深深的隐藏了。

并不是说我们的宏观世界就不受波动性的影响，而是说这种效应实在太难以观察到了。所以，想修炼量子波动速读神功的小伙伴，劝你们还是放弃吧。

当我们知道了物质具有波粒二象性的同时，我们又不禁会思考一些其他问题。波是粒子，粒子又是波，那么这种物质波，它究竟是一种什么样的波呢？它具有怎样的性质呢？他又是如何展现其波动的特性的呢？

下一文我们继续讲解

好了，今之文到此结束，喜欢理论物理的小伙伴可以点个关注

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