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解读光的本质,光到底是波还是粒子?

关于光的本质,古希腊哲学家信奉一种观点,认为光是由极其微小的“光原子”所构成,这一观点带有朴素的辩证唯物主义色彩。相对地

关于光的本质,古希腊哲学家信奉一种观点,认为光是由极其微小的“光原子”所构成,这一观点带有朴素的辩证唯物主义色彩。相对地,古代中国学者则从哲学角度出发,提出光源自于气,是一种特殊的由光源散发出来的气态物质。

关于光的科学探索,其开端可追溯至笛卡尔。笛卡尔在《屈光学》一书中,首次为折射定律提供了理论性的解释。他不仅阐述了视力异常的成因,还设计了用以矫正视力的透镜。

笛卡尔提出了光波动说的初步框架,紧随其后,胡克在1660年代发表了他的光波动理论。胡克将光设想为在名为发光以太的介质中以波的形式传递,并提出光在进入高密度介质时会减速,因为波不受重力影响。胡克的理论得到了惠更斯的完善和发展。

1678年,惠更斯在一次法国科学院的公开演讲中,推翻了牛顿的微粒说,并在1690年出版的《光论》中正式提出了波动说。他著名的惠更斯原理促进了光学研究的进步。

《光论》中的核心光学理论是光波理论,惠更斯认为,从波源发出的每一个子波,都可以作为新生波面的源点。通过这一原理,他揭示了光的衍射、折射定律和反射定律,并解释了光在高密度介质中速度减缓的原因。

与此同时,牛顿却持有不同见解,他认为光是一种微粒。在牛顿的《光学》中,他系统地阐述了光的直线传播、偏振现象,于1675年提出了光是由光源发出的物质微粒这一假设。

由此,波粒之争持续了300年。起初,惠更斯和胡克相继去世,而牛顿的《光学》则确立了他的粒子说。牛顿还借鉴波动说的概念,将震动、周期等理论引入粒子说,进一步丰富和发展了这一学说。

随着牛顿的声望日益增长,他的微粒学说在很长一段时间内占据了对光的解释的主导地位。

然而,著名科学家托马斯·杨在研究牛顿环时,对条纹的成因产生了疑问。他认为,条纹的形成可以用波动理论简单解释——亮条纹是两道光波同相位增强所致,暗条纹则是两道光波反相位相互抵消的结果。

杨氏双缝干涉实验成为支持波动理论的经典例证。这个实验显示,当光通过两道平行狭缝投射到墙壁上时,会形成明暗相间的条纹。

杨的实验成果对科学界产生了深远影响,有力地支持了惠更斯的波动理论。菲涅尔、傅科和核磁共振等后续实验,也进一步证实了光波动说的正确性。欧拉也在他的《光和色彩的新理论》中支持波动说,认为波动理论更易于解释光的衍射现象。

从牛顿时代开始的300年间,关于光的性质是波还是粒子的争论未曾停歇,两大理论学派各有拥趸,交替主导了对光的解释。

19世纪末至20世纪初,随着物理学向微观领域拓展,这场争论转移到了粒子层面。海森堡认为电子是量子化的,像粒子一样在不同的轨道上跃迁;而薛定谔则认为电子是一种波,就像云一样(即电子云的由来),放大观察则像是空间中扩散的振动叠加。

爱因斯坦的光电效应研究初步提出了波粒二象性的概念。他指出,在杨的双缝实验中,当降低光强度至每次只有一个光子进入实验装置时,就会观察到奇异的现象。1905年,爱因斯坦明确指出,单个光子是一种粒子。这一光量子理论成功解释了光电效应,并为爱因斯坦赢得了诺贝尔奖。

在爱因斯坦提出光量子理论之后,人们开始意识到,光波可能同时具有波和粒子的双重特性。

真正提出光粒二象性理论的是德布罗意。为解释X射线现象,他在1923年发表的三篇论文中初步展示了物质波的思想。1924年,德布罗意在博士论文《量子理论的研究》中,提出了相位波或物质波的概念,并引入了两个著名的公式:E=hv和E=mc平方。

德布罗意认为,光量子的静止质量不为零,而实物粒子具有频率的周期性。他得出了一个颠覆性的结论——任何实物微粒都伴随一种波动。这种波动被他称为相位波。

德布罗意的博士论文中,首次正式提出了“波粒二象性”,并指出这一性质不仅限于光子,还适用于所有微观粒子,包括电子和质子、中子。他推广了光子的动量与波长的关系式p=h/λ,指出所有具有质量和速度的运动粒子都具有波动性。

1921年,戴维森和康斯曼在偶然中发现了电子束的衍射现象,这一现象最初被误认为是静电力作用的结果。后来,戴维森在会议上得知这可能是德布罗意物质波假说的实验证据,于是重新进行实验,并最终于1927年发表了电子衍射的实验结果。

同时,J.J汤姆逊的儿子P.G.汤姆逊也独立发现了电子的波动性,为德布罗意波提供了进一步的证据。两人因此共同获得了1937年的诺贝尔奖。

自那以后,各种粒子衍射实验的成功进一步验证了德布罗意的理论。在21世纪,科学家们通过实验成功拍摄到了光同时表现出波粒二象性的图像。

这场持续300年的波粒之争最终证明,双方的观点都是正确的。德布罗意的物质波理论揭示了微观世界的基本属性,而这场大论战的所有参与者都功不可没。

评论列表

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信任自然可求真 11
2025-01-14 00:08
❌质能方程是一个鬼把戏!!!———能量的具体内涵是动能和势能,是物理公理规定的物理概念。物质质量是其不变的内在本质,能量(动能和势能)都是物质相互作用和相对运动变化的度量(质量不变),是变化现象。能量不是物质的本质,咋能与孤立质量等效???场无质量居然有能量?………数学(包括逻辑)都是基于物理公理的演绎,超越物理公理的数学能量理解当然是虚幻(1+1=2是自然哲学/物理公理,牛顿定义自然哲学公理作为数学原理)。………🍎🍎物质的本质是带电质量体,物质不灭,电荷守恒,电磁力与万有引力统一于物质的不变本质。能量,力,场,波等宇宙一切自然现象,都是物质/粒子相互作用相对运动的变化现象,没必要搞虚幻,搞虚幻是祸害。号称物质是波/波是物质/物质是能量,都是搞骗。质能等效是脱离基本公理的数学虚幻,欺师灭祖&蔑视自然,祸害基本概念和认知方法。———有人知道悖论斯坦的狗屁能量内涵是啥吗???狗屎核弹方程是如何应用的???………有趣的是木星象太阳一样自发光,它们的大气也相似。木星是裂变发光还是聚变发光??木星大气中的氦和氢有没有可能是裂变反应释放的???
信任自然可求真
信任自然可求真 7
2024-11-05 23:16
⭕️粒子对撞机能创造新物质吗?不!!只能产生一些破碎(质量亏损)。核能化石能太阳能都是释放光子,清洁能源的根本在于光 photon energy and photon behavior discussions,宏观引力微观电磁力包括光子都服从牛顿力学。正负光子(中微子)是电子质子撞击的破碎,质子电子的强大电斥力(大于10^36倍引力)发射它们的碎块到达零电势区域的速度就是真空光速。原子内部遍布真空,极微小光子惯性飞行,在强大引力场中有轨道运动与逃逸折射或撞击,在斥力场散射反射等。原子惯性飞行穿透材料的条件太差,获得动能当然也很不容易。……中子大冲量撞击原子核是产生光子动能(核能)的关键方法,电子撞核,质子撞轨道电子,冲量都太小。……加速器驱动的次临界核能可以获得无穷能源,且不受现有裂变材料的局限。———热量温度是光粒子辐射(热质说),高温体辐射更多光子吸收低温体辐射的更少光子,温度传递只能由高温体到低温体(熵只是数学描述,动能传递耗散是生机活力,不是绝望)。高温体辐射更多动能光子,当然微观运动更剧烈(热动说)。无光子辐射是绝对零度,宇宙背景辐射超过且接近绝对零度,获得绝对零度当然极难。
卡利斯托
卡利斯托 4
2025-01-04 22:18
小编解释下《相对论》与《量子力学》为价格格不入 就像光的波动性与粒子性一样
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信任自然可求真 4
2024-11-05 23:17
❌❌悖论斯坦,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称命题公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,数学冒充物理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法,以二象性祸害自然科学认知的核心根基——同与不同的确定性,以创造假说冒充祸害公设形而上学。后谎言掩盖解释前谎言搞了一辈子,祸害数学,祸害物理,祸害哲学,终身搞骗,祸害极大极深极广,100多年了,还在鼓吹骗子,居然成了一门生意?………一个恶贯灵魂的彻底的人类公敌!!!狗屎都有用,欺骗有啥用?观测归纳认知自然,从来如此,只能如此。迷信蔑视自然欺师灭祖的悖论斯坦,瞎搞科幻假说,人类将无法逃脱第六次地球生物大灭绝。———假说科幻骗子招摇过市,人人都沉默?科学还有希望吗???
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信任自然可求真 4
2025-07-10 20:25
⭕️科学/哲学追求确定性/真理/知道,是生活的必须。自然绝对诚实/决定论,意识作用于人体(物质)扰动自然,修水利也无法改变自然法则/水往低处流。空间连续可入,有无限位置速度精度。测量影响了电子,但影响可被观测解耦。光粒子诠释成量子鬼波二象性,连续运动搞成量子鬼。搞量子鬼不确定(不知道),如何利用自然?……万变水流复杂现象是真实/有观测不确定,水往低处流/指南针/1+1=2是不变现象/真理/可预测,是确定性。悖论斯坦祸害永恒不变的绝对真理,人类诞生前引力有没有?地心说依据的不变现象变了吗?不言自明!❌波与场都是可有可无的变化表象/不确定,只能且完全由物质源确定,是可观测运动和力的重叠概念,多余且不可观测,都不是必要的现象本体/知识。苹果的位置速度是其变化表象,不变的苹果现象是本质/本体/知识。水波,沙丘波,都是物质运动变化表象,不是物质本体/知识,没有水哪有水波?声波速也是介质运动及其传播速度。❌瞎编波场物质本体,波场速度和能量,无源场电磁波,宏观微观两套法则,绝对极限光速,,,瞎编场是光速,地球速度显然不同,地球场和无穷星体场都跑了?
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信任自然可求真 3
2025-06-22 21:05
❌电磁波理论是数学当物理,隐藏有电磁以太和无源场假说,是不靠谱的经验公式。两朵乌云与光电效应,都是对电磁理论的有效证伪,必须抛弃(理论都是预测未来的全称命题,一个证伪足可否定)。依靠电磁理论,紫外灾难和其它荒唐结果,都是必然。……黑体辐射是轨道光粒子受激释放/激光,原子光谱对应各自“温度”,黑体辐射峰值波长对应原子数量最多,紫外谱段数量很少,不奇怪。骗子悖论斯坦,不能拯救电磁以太,也不接受有效证伪,瞎搞成荒唐无源场,粒子搞成虚幻量子鬼,搞成波穿越真空,搞成波直线传播,搞成物质是运动(波),搞成运动是物质,,,都是笑话。 ⭕️⭕️所有物质包括光子100%是带电质量体(不变现象/本质),电子质子结合成中子,正负光子结合成中微子。……不显电性的中子和中微子,穿透材料/等离子体/微观电磁结构的能力强大,中微子极其微小,必然是穿透物质材料的惯性运动冠军。电子质子光子都带电,穿透力当然不行。——物体材料边缘亚原子尺度正负电场密集分布,带电光子电子受引力或斥力作用,分裂成双缝干涉条纹,边缘衍射条纹,都是必然。以干涉衍射现象否定光是粒子又去解释电子干涉衍射,瞎编电磁波,是逻辑错乱丧心病狂。
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信任自然可求真 2
2025-01-14 00:08
❌波与场❌都是数学当物理,捉影弄鬼的把戏::水波/声波/沙丘波是物质/粒子相对运动的宏观时空分布。水本质粒子是不变存在,水波是可有可无的变化现象。❌波粒二象性?以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,是骗术笑话。更荒唐在于二象性祸害了认知自然的核心根基/同与不同的确定性。❌场是数学虚幻,只能由源完全确定,无源场不可观测(源/月球潮汐力不是XX场力,源能量不是场能量),物质的场到处飞吗?飞的方向如何确定?场速是光速,地球速度显然不同,地球场跑了吗?………赫兹电磁波实验,激励源是电火花,感应接收也是电火花,显然是光子动能传播与光电效应(发现晚于赫兹实验),用了电磁波来解释而已。电磁波理论(尚未发现电子)只是基于宏观电磁观测的数学方法,牛顿的物质相互作用相对运动才是一切宏观微观现象的唯一根本!!带电质量体是物质本质属性,不需要也不可能由变化磁场产生,磁力对电磁粒子做功影响了正负电荷分布而已。❌水波声波不可能象光子一样真空直线传播。光是电磁粒子,当然可以穿越真空且与物质有相互作用。两朵乌云包括光电效应当然都是电磁理论的谬误证伪,骗子借机祸害经典力学体系,何其疯狂??
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2025-06-22 21:07
自然科学服从自然,不能服从名利和假说!❌跟屁虫名利孔乙己,看不起牛顿辩证归纳/实践出真知/短衣帮,更爱假说诠释相对论之乎者也/长衫子,举人自居指桑骂槐曰民科(人民搞实践不知为不知/不搞假说),狗咬人污蔑人民!假说“天鹅是黑的”,找到黑天鹅,写论文发顶刊号称证明!假说科学不算假/读书人偷书不算偷,物理革命!❌瞎编高低速不同,宏微观差异,测光速不要参考系,时空相对皆放羊,粒子无质量,二象性,数学量子鬼,祸害绝对真理,空间弯曲挤脑袋,相互作用不同时,运动是物质,不确定当科学,有最小目的,纠缠宇宙唯一女朋友,表象波场数学解释冒充物理/追不上芝诺乌龟,,,诠释应用,天鹅不确定对称性有巨大贡献……打了一个响臭屁,比蝴蝶效应更猛,果然下雨了应用广泛。诠释一切,万能骗术!水流万变是真实表象,水往低处流/指南针/不变现象是真理/知道。⭕️三次工业革命,演绎卫星运动,蒸汽机和汽车,电力电信导体电子运动,半导体电子运动,,,必须用牛顿力学(必要充分真实之真理),弯曲空间木法搞,数学量子鬼也没用。假说求雨理论有应用,可比天气预报精度高,骗子的买卖!崇洋媚外假大空祸害子孙祸害国家沾沾自喜?
修罗心眼观道
修罗心眼观道 1
2025-01-17 18:37
光具有生命,波动正是光的脉搏[点赞][点赞]
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信任自然可求真 1
2025-01-14 00:08
真理从来都是简单的,不证自明的(不变现象),无法证明的(全称命题)。古希腊哲学对真理(科学知识)的理解——真理是不变的现象。地球上流水现象千变万化,水往低处流现象不变,如同太阳东升西落现象不变,都是有用的知识/确定性/知道。物质不灭,能量守恒,电荷守恒,1+1=2,绝对时空,相对速度,……都是不变的普遍现象,是科学知识。几何学与微积分方法符合绝对时空。号称引力是空间弯曲??对弯曲不均匀空间搞微积分搞相对时空当然是笑话。所有物质100%由带电质量体/粒子构成(不变现象,本质),电子质子结合成中子,正负光子结合成中微子。……不显电性的中子,中微子,穿透材料/等离子体/微观电磁结构的能力强大,中微子极其微小,必然是穿透物质材料的冠军——惯性运动天才。电子质子光子都带电,穿透力当然不行。——物体材料边缘亚原子尺度正负电场密集分布,带电光子电子受引力斥力作用,分裂成双缝干涉条纹,边缘衍射条纹,奇怪吗???
信任自然可求真
信任自然可求真 1
2025-06-22 21:05
❌以太的小胆太小了???以太是波动学派的(根基)托辞遮羞布,悖论斯坦干脆厚脸皮直接骗,让波搞独立单干/和物质质量说拜拜,来个二象性指鹿为马,无源场也用上!再诠释诠释,高速低速搞区别对待,宏观微观弄成不同,质量尺寸时间都弄成可以变,能量搞成数学能量,,,还不行?绝对时空也不要了,相对运动搞成残废/让光绝对运动,相对时空更美妙可惜惯性系不同意。又不行了??什么能难住骗子呢?换个假说继续骗,搞广义的,把空间也搞弯,轨道电子不干就不管它了,物质相互力也弄点鬼,,,,用假说无中生有(🍎哈哈,我说有鬼谁能证无?)号称证明全称命题,脸厚怕啥?悖论同样不是事儿!坚决把大胆假说革命进行彻底/1955/game over? ❌❌悖论斯坦,悖论潘多拉,终身搞骗祸害人类科学。一个终身肮脏的灵魂。他疯狂胡编不是凑数骗人是想干啥??
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信任自然可求真 1
2025-06-22 21:05
❌证实/证明理论是骗术::需要证明的理论是骗,号称实验证明理论也是骗!!理论是预测未来的全称命题,证伪当然有效,证明/证实当然无效。实验只能证明具体现象真实,号称证实证明XX论和万有引力定律,都是骗。认知自然/想知道能不能趟过一条河?只能依靠观测归纳/实践出真知。自然规律都是对过去的归纳“万有引力”,未来不变,不变的原因不可能知道,只能信任自然/唯物主义,瞎编假说诠释都是骗!——否定“绝对真理”也是骗,普遍真理是客观存在的绝对真理,人类诞生之前引力有没有?显而易见!仰望星空信任自然的地心说需要认知进化,地心说依据的现象变了吗?没有!能否定绝对真理吗??号称相对真理是悖论斯坦欺师灭祖为了骗。❌大胆假设/细心求证,都是骗术,是悖论斯坦发家的“两头骗”!假说求雨理论有应用,可比天气预报精度高,是标准的骗术!
信任自然可求真
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2025-06-22 21:05
❌解释光电效应是个笑话。物理机制根本没有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。半知乱解是坏蛋/不如笨蛋。光电效应是通往微观世界的金光大道,胡编假说(电子能级)是毒药祸害,掩埋了科学真理之路,贩卖自然因果律骗术!❌光速不变假说是高超骗术!光速可测量,测量速度必需参考系,参考系移动/改变了,光速测量结果不变吗?笑死人了。相对速度真理哪有例外?光反射驱动光帆是光速不变?多普勒效应和红移是光速不变?光子进入黑洞引力场光速不变?光子穿越太空的引力偏折是光速不变吗?⭕️迈克尔逊-莫雷实验::证伪了麦克斯韦的电磁以太假说/电磁波学说,有质量的光子惯性运动,一点也不奇怪。光子对实验装置相对速度基本不变,两路速度差极小,地球重力对光速影响太小10^-16,也测不到,近似为惯性系。⭕️1887赫兹电磁波实验,激励源是电火花,感应接收也是电火花,显然是光子动能传播与光电效应(电子发现晚于赫兹实验),用了电磁波(假说)来解释而已,任何号称实验证明理论都是骗术。光速常数c或引力常数G有变化不奇怪。量子不确定性原理如何解释光速不变这种无限的确定性?