主题:【月色物理问题教室】任何东西都能发出电磁波么? -- 月色溶溶

大河奔流 导读 复 495 阅 621907

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2008-06-13 15:50:24
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闲看蚂蚁上树
闲看蚂蚁上树`7764`/bbsIMG/face/0000.gif`70`5004`3078`104944`从三品:银青光禄大夫|云麾将军`2005-08-07 12:40:23`
简单说一下光的波粒二象性 10

光是波,还是粒子的争议曾经存在了很长时间。

第一就是墨子,墨子的小孔成像实验认为光沿直线传播。往后一点,有欧几里德,托勒密等人。他们也认为在眼睛和被观察物体之间行进的光线是直线的。并进而研究了折射,反射等现象。再往后经过一系列牛人的工作,培根,开普勒,斯涅耳,直到笛卡儿,几何光学的基础最终奠定。

1655年,意大利数学家格里马第在实验中让一束光穿过两个小孔后照到暗室里的屏幕上,他发现在投影的边缘有一种明暗条纹的图像,马上联想起了水波的衍射,于是格里马第提出“光可能是一种类似水波的波动”,这就是最早的光波动说。

1666年,大牛人牛顿做了三棱镜色散实验。他用两块三棱镜实现了太阳白光的分解合成。当时波动说对此无法很好解释。而且当时也认为波在绕过物体的时候是要弯曲的,但是光是沿直线传播的。牛顿又用“以太”这种介质解释了前面格里马第的实验现象。所以。牛顿提出了光的“微粒说”,认为光是由微粒形成的,并且走的是最快的直线运动路径。

相反,和牛顿同时代的惠更斯是波动说的死硬分子。1678年,他提出他每个发光体把光波传给邻近一种弥漫媒质(“以太”)微粒,每个受激微粒都变成一个球形子波的中心,产生新的波。他还认为光是一种纵波。后来,托马斯·杨的杨氏双缝干涉实验证明光是一种波。杨也提出了光的不同颜色是由于不同的光波长。

波动说的一个问题在光的偏振。1809年,马吕斯发现光的偏振。1811年布儒斯特提出偏振现象的经验定律。这个后来杨通过改光为纵波的假设为横波解决。波动说的主要问题是光波的传播介质。所以当时人们就发明了“以太”这种弥散介质。这个东西在1887年被迈克耳逊-莫雷实验质疑。到了爱因斯坦,就被他完全抛弃了。爱因斯坦指出,由于你无法探测出你是否相对于“以太 ”的运动,因此,关于“以太”的整个概念是多余的。

1845年,法拉第发现了“法拉第旋转”。就是说当一束光通过一个极化材料的时候,在外加磁场的作用下,极化面相对入射光会有一个旋转。这就把光和电磁场挂上了关系。后来麦克斯韦一看,非常有兴趣。他就研究起了电磁辐射和光。通过计算,他发现电磁波的真空速度就是光速。于是他就说光是一种电磁波。1887年,赫兹通过实验证实了电磁波。电磁波同样存在可见光拥有的折射,反射,衍射,干涉等等现象。到此,波动说地位非常稳固了。在爱因斯坦的相对论出来前,电磁学一直有个问题。根据麦克斯韦方程,光速在任何参照系里都是不变的。这与经典力学相背。相对论完美地解决了这个问题。

经典粒子论在1814年菲涅耳的光干涉实验和1821年夫琅和费的光衍射图形求波长的关系式后开始歇菜。不过经典粒子论的罩门是在解释折射现象。理论预测,对于相同物质,折射率和密度成正比,光子的速度在进入高密度的物质的时候要加速。后来1850年,福柯的第一次较精确测光速试验证明这种预测是错的。经典粒子论彻底完蛋。

以上都是经典物理学里面的东西。粒子论的重生就是靠许多科普上写的那些著名的朵朵乌云,黑体辐射和光电效应。量子力学史话里面都说得很多了。新的粒子论与传统的粒子论是完全不同的概念。波粒二象性提供了一个理论框架。在这里,波函数描述了粒子的状态。波函数具有叠加性,所以我们可以看到象波一样的干涉,衍射。同时,波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的几率波。这样,粒子性和波动性就可以统一了。


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