Alevel物理波粒二象性历史剖析 了解由来学起来更简单

波粒二象性对于很多学Alevel物理的同学来说应该是个噩梦般的存在，知识点的复杂与专有名词的晦涩都让同学们难以理解。本期橡沐就对Alevel物理的波粒二象性知识点做一个清晰的剖析，学习Alevel物理的同学们赶紧看过来。（ALevel物理难吗 看完这篇你就知道了）

Alevel物理波粒二象性历史介绍：

所谓波粒二象性其实是量子物理中最著名的思想之一，这里的波粒二象性其实指的是物质既是波又是粒子，这个理论其实从粒子的角度来解释，可以理解为用像的位置，动量的大小和方向来描述他们；从波的角度意味着在场中的传播。在Alevel课本（CIE）对于波粒二象性的解释实现从波的特性开始的，然后是从粒子特性解释了物质；但是在历史的发展中却不是这样的：在最早约公元前500年古希腊的哲学家，提出光是有一股非常非常小的微粒构成，在接下来的几百年中，对于粒子特性的支持中最有名的莫过于“艾萨克·牛顿”。虽然他承认单个光电子在碰撞时候会像波一样存在彼此干扰，但是本质上讲光还是粒子，受其影响，粒子说一直保持很长时间的影响，但是苦于当时的实验设备比较落后，所以理论学说的存在也就是看谁的影响力大，并没有足够的实验来支撑这个理论，直到测量设备的改进，这个理论被彻底压制了。这个实验就是大名鼎鼎的托马斯·杨于1802年进行的双峰干涉实验。

双缝干涉实验及其图案

实验可以简单描述为光照射在拥有两条非常窄缝隙的光屏上，两条窄缝的间距很小，透过这两个窄缝的光照在光屏后方的屏幕上呈现出了明暗相间的条纹。我们可以假设如果光是由直线运动的粒子组成，那么在窄缝后的屏幕上看到的应该是两条亮线，但是现实却不是这样的，我们实际看到的如上图右侧的图样，杨认为这样的明暗相间的条纹是由于两束相干波的干涉效果造成的。并运用强大的数学计算，证明了这种相互干涉是由于波的特性造成的。

双缝干涉实验示意图

至此，光的波动学说开始广泛传播，整个过程持续了四五百年的历史，这个理论也得到了学术界的公认，也经受住了所有的挑战，持续了近500年的光的波动性就这样影响了几代人，而对于波的粒子性，人们并没有停止探索，在经典电磁学的理论基础下，人们很难再找到出口来解释光的粒子性，直到20世纪初期，高频单色光射入金属表面，电子从表面逸出，人们才开始继续深入探讨光的粒子性。在研究光电效应的时候我们发现有一系列很奇怪的现象：电子从金属表面逸出，和光照强度并没有关系，而溢出电子的多少只和射出光线的频率有关系，最令人称奇的是，在光照的频率没有达到一定的阀值的时候是不会有电子逸出的。

所以人们根据这个关系得到了光电效应的表达式：K=hf-φ，其中h称之为普朗克常量，φ为逸出功。1905年，爱因斯坦发表关于光的转化的启发式观点的论文，对于这里实验，他进一步提出，光的传递可以像粒子一样流动，并且在这个过程中粒子是携带能量的，这些能量通过撞击电子，将能量传递给电子，从而解释了光电效应，他认为：入射光线的强度低，就意味着光子的数量少，而入射光线的频率决定了每一个光子的能量，所以这就可以解释为什么逸出功取决于频率，因为光的强度决定了光子碰撞金属的数量，却不能决定每个光子的能量；同时光子碰撞电子是瞬时的，在电子获得了足够的能量的时候就可以逃离金属，但是如果光子能量不够，电子不会因为长时间的光照，或者强度的增加而离开金属表面，因为能量传递是一瞬间的，所以这个理论完美的解释了光的粒子论。

这个伟大的假设，在1921年，由康普顿通过散射实验，完全验证了爱因斯坦的假设，他发现在光子和电子在进行碰撞的时候类似于粒子的碰撞，这在某种程度上说明光确实既具有粒子的特性，同时还具有波的特性。至此，关于光的粒子特性就全部解释完了，加之之前介绍的光的波动性，我们完成了对于波粒二象性的全部解释，这也是我们在Alevel中对于光的波粒二象性的解释。

以上即为Alevel物理波粒二象性的历史以及知识点的由来，同学在学习这里最好能够结合之前所学的知识点，由浅入深的系统性学习。（alevel物理难不难 有这5条攻略就不难）当然如果您需要导师的辅导，您也可以前来橡沐，橡沐有大量物理专业毕业的导师，一定能够满足您各方面的要求。

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