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吕梁学院物理学专业实验匹配表 量子力学中关于光的解释?

时间:2021-11-29 10:05:14 浏览量:15986

    吕梁学院物理学专业实验匹配表 量子力学中关于光的解释?

    量子力学中关于光的解释?

    一个名叫普朗克的德国物理学家,在其黑体辐射研究中不经意地跟这个问题杠上了。黑体指能够吸收外来的全部电磁辐射、不会有任何反射与透射的物体。黑体所辐射出来的光线则称做黑体辐射。在黑体辐射中,随着温度不同,光的颜色各不相同。

    在不同温度情况下,黑体发射的电磁辐射率与其频率相关。多年来科学家一直在寻求能够与实验结果相匹配的方程式。经历了极大的努力,普朗克终于找到了这个完美的公式。可是,当他找到了这个方程,就连他也不知道它真正意味着什么。当他制定方程式时,他并没有考虑它的更深层意义。他直接关心的是匹配实验结果。在这点上意义的细微差别并不重要。

    普朗克找到的这个匹配实验结果的公式,使他在物理学界声名大震。如果不在意公式意义上的细微差别,那不是很好吗?可是认真的普朗克还是不满足,它需要搞明白为什么是这样。

    夜复一夜,普朗克思虑良久,算来算去,最后他得出结论,光能以一个特定数h乘以波的频率v的整数倍测量。这个特定数h后来即称为普朗克常数。也就是说,光的能量是跳跃的,是不连续的数量。可是,如果是这样,就会出现矛盾。 因为光当时普遍认为是波,所以它的能量应该是连续的。

    在当时,光被认为是波而不是粒的观点由于波的干涉实验结果占上风,特别是麦克斯韦的经典电磁波方程猜测光是一种电磁波,以后赫兹的实验发射并接收到麦克斯韦预言的电磁波,证实麦克斯韦的猜测正确无误。

    波的一个特征是它们会扩展传播。因此,如果有东西干扰并留下两条缝,则波会穿过这两条缝,然后以混合模式再次聚集在一起。波是聚合体,是许多不同波的总和。当它们结合在一起时有一些增强,其它在组合时会互相抵消,会受到干扰,所以得出结论:光 = 波。

    对当时普朗克来说,这是一个艰难的选择,是粒还是波?如果是波,这实在是太奇怪了,又是什么样奇怪的波?如果是粒,除非可以实际显示光像粒子一样起作用的实验。幸运的是,当时有了一个康普顿光电效应。这个效应反映出光不仅仅具有波动性。这一实验说服了当时很多物理学家相信,光在某种情况下表现出粒子性,光束类似一串粒子流,而该粒子流的能量与光频率成正比。

    比方说,晒太阳皮肤被灼伤就是光子效应的一个例子。 阳光中包含的紫外线频率很高,意味着能量高,所以易于受到晒伤。所以如果不想被晒伤,就要使用紫外线无法穿透的遮挡物,如太阳伞等保护自己。如果你被高能粒子击中也会被灼伤。

    如果光是粒子,又将会发生什么?发生了什么奇怪的事情。难以相信,光有时是粒子,有时候是一个波。这是一个很滑稽的概念。波和粒子是绝对不兼容的。无论它们是什么样的程度,都无法兼容在一起。

    普朗克的能量量子化假说最初未得到应有的重视,在当时的物理学界看来,将能量与频率联系起来是一件不可理解的事,连普朗克本人对量子化也深感怀疑,他仍然试图寻找用经典手段解决问题的办法。

    普朗克假定光与物质之间只能以离散数量方式交换能量。他不清楚到底是光还是物质造成了这种离散方式。他称呼这些离散能量为量子。普朗克万万没有想到,由于他的这一杰出成就,不经意地开启了量子论的新纪元。

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