最后更新: 2025-10-24 08:16 查看: 423 次反馈能力测评会员8.2元/月赞助

波粒二象性

## 波粒二象性
光的干涉、衍射、偏振等现象表明光具有波动性。但 20 世纪初，对光电效应的深入研究又促使人们重新审视光乃至实物粒子的本性问题。

任何重要的物理规律都必须得到至少两种相对独立的实验方法的验证。尽管爱因斯坦的光电效应方程已经得到密立根实验强有力的支持，但要使人们真正接受光子说，还需要新的实验佐证。

## 康普顿效应

1923 年，美国物理学家康普顿（图 14–11）在研究 X 射线与物质的散射实验时，证实 X 射线具有粒子性。

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 图 14–11 康普顿（A. H. Compton，1892—1962）

经典理论表明，可见光经物质散射时，光的传播方向发生变化，而光的频率与散射前相比保持不变。但康普顿和他的中国学生吴有训（图 14–12）发现，X 射线经石墨散射后沿不同方向的射线中，除波长不变的射线外，还产生了波长随散射角增大而增大的 X 射线，这种现象被称为**康普顿效应**。

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图 14–12 吴有训（1897—1977）

康普顿接受爱因斯坦的观点，认为 X 射线是具有一定能量和动量的光子组成的，并用能量守恒定律和动量守恒定律对康普顿效应的实验结果做出了令人信服的解释。康普顿效应进一步证实了电磁波的粒子性，为爱因斯坦的光子说提供了更完整的证据。此后，光子说被人们普遍接受。

## 光的波粒二象性
人类对光的本性的认识经历了曲折的、螺旋式上升的过程。近代对于光的研究表明，只能从波粒二象性（wave-particle duality）出发，才能理解光的各种行为。就是说，

> **光既有波动性，又有粒子性**。

光子具有能量，一个光子的能量 E = hν，而频率 ν 就表示波动的特征。光子除了有能量外，也具有动量，光子的动量大小为
$$
p=\frac{h}{\lambda}
$$

这样，代表波动性的频率 ν 和波长 λ 通过普朗克常量 h 分别与代表粒子性的能量 E 和动量 p 联系起来，普朗克常量 h 成为粒子性和波动性之间的桥梁。

如图 14–13 所示的单光子的双缝干涉实验现象显示了光的波粒二象性。实验中，激光光源的强度被调节得很弱，以至于每次只有一个光子通过双缝装置。光子射到双缝后的荧光屏上产生的闪光光点由相机拍摄下来。

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