【《波粒二象性的发展探究7300字（论文）》】 .docx

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波粒二象性的发展研究

目录

1引言 1

2.波粒二象性 1

2.1.定义 1

2.2发展史 2

2.3理论与实验验证 5

2.3.117世纪：惠更斯、牛顿 5

2.3.219世纪：杨、费涅尔、麦克斯韦、赫兹 6

2.3.3普朗克黑体辐射定律 6

2.3.4爱因斯坦与光子 6

2.3.5德布罗意与物质波 7

2.3.6海森堡不确定性原理 7

2.3.7大尺寸物体的波动性 7

2.4波粒二象性存在问题 7

2.4.1概率波 8

2.4.2薛定谔的猫 9

3波粒二象性应用 9

4.总结 10

参考文献 10

1

1引言

在物理学界则有一个名言：上帝说要有光，于是就有了牛顿。千万年来，人们对光的本质和产生进行了无数的猜想，从神之化身到物理定义。光的探索成了人类历史上最精彩的一页。

光到底是什么东西，是波还是粒子呢?在这无休止的争论中，物理学爆发了惊天动地的第一声，随着普朗克光量子理论的提出，量子力学横空出现，为我们打开了新的世界。但光的本质依旧神秘莫测。

波粒二象性是一个大胆而有趣的理论。随着人们对光研究的深入，该理论逐渐成为了量子力学的主导概念，对量子力学的研究与发展有着重大的影响。研究探讨波粒二象性，对我们重新认识物质世界，推动量子力学的发展具有重要意义。

2.波粒二象性

2.1.定义

量子力学中，微观粒子有时粒子性较不显著显示出波动性，有时又会波动性较不显著显示出粒子性。微粒在不同情况下表现出波动或粒子的性质，称为波粒二象性(wave-particleduality)。波粒二象性是微观粒子的基本属性之一。

波具有频率与波长，它的延伸性表现在时间方面与空间方面。而粒子的动量与位置具有特定的时间与空间性。波粒二象性可以通过更广义的互补原理，及哥本哈根诠释来解释。互补原理阐明，量子现象可以用不同种共轭方法来观察，但无法通过同时用两种相互共轭的方法来观察。

波粒二象性是一个理论框架，为的是解决了经典力学中明确区分研究对象是“纯”波动(光波)还是“纯”粒子(物资)的问题。该理论提出任何物质有时能够表现出波动性质或粒子性质。量子力学认为都能用一个微分方程如

(薛定谔方程)来描述自然界所有的粒子(如光子、电子或是原子)。这个方程的解描述了粒子的状态，叫做为波函数。它们能具有波动性，能互相干涉并叠加性。波函数还可以对粒子出现在特定位置的机率幅进行解释描述。通过波函数将波动性和粒子性统一在同一个解释中。

但这不意味着现实生活中可以观测到物体的波动性。波动性质产生的尺寸

2

在现实生活常识认知范围之外。物体质量太大反而德布罗意波长可观察的极限尺寸小。反之，对于基本粒子来说，它们的质量和尺寸局限于量子力学所描述的范围之内，因而与我们所习惯的图景相差甚远。[2]

2.2发展史

1637年，笛卡尔在《方法论》的三个附录之一《折光学》中提出了两个假说：一、光是类似于微粒的一种物质；二、光是一种以“以太”为媒质的压力。这是最早关于波动说和粒子说的假说。笛卡尔是光的波粒二象性理论的鼻祖。

1655年，光的衍射现象被意大利波仑亚大学的数学教授格里马第首先发现。格里马第最早的倡导者光的波动学说，认为光可能是一种与水波类似的流体。他的理论被英国物理学家胡克、英国科学家波义耳积极响应。

1660年，法国数学家皮埃尔●伽森荻认为光由大量坚硬粒子组成并出版专著。

1666年，荷兰天文学家、物理学家和数学家惠更斯提出光是一种靠物质载体(“以太”)来传播的纵向机械波，引起媒质振动的波源是波面上的各点本身。惠更斯的波动学说是比较完整的理论，他解释了双折射现象和光的衍射，

进行了著名的“牛顿环”实验，证明了光的反射和折射定律。

1672年，英国物理学家牛顿在论文《关于光和色的新理论》中，以微粒说的观点，对光的颜色理论进行了阐述。牛顿的粒子说与胡克之间的波动说之间的激烈争论由此展开。

1675年，牛顿提出光是从光源发并在均匀媒质中以一定的速度传播出的一种物质微粒。

1704年，牛顿在他出版的《光学》中推广微粒说，并对波动说提出质疑。

1882年，德国物理学家施维尔德用光波学说成功的解释了光通过光栅后的衍射现象。

1887年，英国物理学家麦克尔逊与化学家莫雷进行了“以太漂流”实验。他们否定了以太的存在。波动说由优势变为劣势，备受质疑。

1801年，英国物理学家托马斯●杨通过著名的杨氏双缝干涉实验证明了光是一种波。杨氏《哲学会刊》论文中提出光的干涉定律光的和干涉的概念，并详细介绍了“牛顿环”实验和双缝干涉实验。

3

1809年，马吕斯提出光的偏振现象的经