电磁波的波粒二象性

电磁波的波粒二象性解读


电磁波的波粒二象性这个从字面意义上解释就是“电磁波同时具有粒子的性质,也具有波的性质”。

这么说可能还是很含糊哈,我们先把波的性质和粒子的性质分开来解释。


波动性:

只从电磁波来考虑的话(事实上从量子力学的角度来说一切物质都具有波粒二象性,这里先只分析电磁波),首先是波动性:

波最基本的特性干涉和衍射,简单说就是波在遇到障碍的时候可以绕过障碍物继续传播。而实物粒子,我们在经典物理里知道运动的物体遇到障碍会发生碰撞,而不是主动“绕过去”。因此干涉和衍射是波特有的一种性质,而电磁波的干涉衍射是很容易观察到的(例如激光干涉),必须要用波的性质才能解释这些实验现象,所以说电磁波有波动性,这个人们在很早以前就已经发现了。


粒子性:

刚刚上面说了,遇到障碍的时候“绕过去”是波的性质,而发生经典意义上的“碰撞”是粒子的性质。为什么说电磁波具有粒子性呢,这个其实也是实验现象的解释。x射线在经过电子的时候,发生散射,按照波动性的解释,出射电磁波的频率应该是不变的,但事实上出射电磁波的频率却是下降的,这个降低和出射角有关。这个就是波的性质没法解释的东西了,而经典物理里的粒子碰撞(能量守恒、动量守恒)却可以很好的解释这个问题。因为实物粒子的性质可以解释电磁波的一些物理现象,所以我们说电磁波具有粒子性。

电磁波同时具有波动性(波长、频率、振幅等)和粒子性(动能、动量等),因此不属于传统意义上的经典粒子或波,所以说其具有“波粒二象性”

如果看电磁波的波粒二象性的公式,我们可以发现等号一侧是实物粒子特有的物理参数(能量、动量),另一侧则是波特有的物理参数(频率、波长),他们之间通过普朗克常数连接,表明的是电磁波粒子性和波动性之间的关系。

比较好的一个例子是爱因斯坦用光的波粒二象性解释光电效应(就是咱们现在太阳能电池的基础啦)


 
题外话,波粒二象性实际上不仅仅是电磁波,一切物质都具有这个性质。只不过当物质体积很大的时候,他的波动性表现的特别特别小,以至于把它当成是纯粹的粒子性也不影响。而当物质特别特别小的时候,波动性就很明显,这个时候不能忽略掉波动性的影响。(牛顿经典物理不能解释宏观高速问题也是这个道理,因为低速情况下有些影响因素就不会表现出来,后来爱因斯坦把这个坑给填上了,就是相对论)
 
 
 
 
参考:  https://www.zhihu.com/question/44477747/answer/97563939

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