量子力学中的波粒二相性是什么意思?通俗解释

  波粒二象性源自于对光的本性的探索,对于光是微粒还是波?这个问题,在18~19世纪,甚至是20世纪初,每一位稍微和物理搭上一点关系的科学家,都必须仔细研究一下这个问题。

  波粒二象性源自于对光的本性的探索,对于光是微粒还是波?这个问题,在18~19世纪,甚至是20世纪初,每一位稍微和物理搭上一点关系的,都必须仔细研究一下这个问题。因为光既有像直线传播这类粒子特有的现象,也有像干涉衍射这类波特有的现象。最著名的是牛顿(微粒说)和惠更斯(波动说)的争论:

  (文最后第二段太政治了,以不看)必须说明,牛顿和惠更斯两个人的观点都是非常狭隘的,并没有触及粒子或者波的本质。

  微粒说和波动说,分别在很多方面有实验现象验证,能解释现象,是在很多方面又不能解释。

  在19世纪中后期至20世纪初,争论又体现在麦克斯韦(电动力学)和爱因斯坦(光电效应)的各自理论上。

  最终戳破这一问题的可以说是普朗克、爱因斯坦和德布罗意三个人,普朗克观察黑体辐射认为辐射能量的不连续,爱因斯坦基于光电效应提出光量子假说。当时就有很多人实在是受不了这些争论,干脆直截了当地说光具有波粒二象性,也就是说它有时体现粒子性,有时体现波动性。

  德布罗意更牛!他提出不仅是光,任何实物粒子(小到电子质子,大到足球太阳)都具有波粒二象性,并指出了波动与微粒之间的关系:e=h,p=h/。至此,波粒二象性的概念正式建立起来。但实际上这里德布罗意的物质波还不是量子力学中的波,量子力学中的波是波恩的概率波,即某时刻粒子出现在某地的概率。

  0、牛顿、惠更斯时代讨论的粒子和波都是狭隘的,与后来的光量子、能量子、物质波、概率波差别甚大。

  1、光就是光,它既不是粒子,也不是波,有时表现出粒子性,有时表现出波动性。

  3、德布罗意关系把波和粒子间的关系理解为能量与频率、动量与波长之间的对应关系。

  4、量子力学中的波粒二象性体现为:能量不连续(粒子)与概率不确定(波动)的统一,这正是量子力学的基本观点。

  5、量子力学发展到现代还是一门假设比较多的学科(一共有5个基本假设,概率波解释是其中之一),这和牛顿运动定律(3个),热力学(3个),狭义对论(2个),广义对论(3个)比起来还是相当多的!所以有关其因果性和不确定性的争论至今仍然不休,其中必然含波粒二象性的理解。

  综上:波粒二象性既是一个老课题,也是一个新课题,不必拘泥于书本,因为量子力学的不确定因素正如其研究对象一样,扑朔迷离。但是量子力学却能非常好地解释和预言非常多的现象,所以不妨碍我们的运用与研究,波粒二象性也是如此。