12. 2 光的波粒二象性光的波粒二象性光的波粒二象性光的波粒二象性物物 质质 波波光光的的干干涉涉、衍衍射射和和偏偏振振等等现现象象表表明明光光具具有有波波动动性性，而而光光电电效效应应等等现现象象又又无无可可争争辩辩地地表表明明光光是是具具有有能能量量的的光光子子流流，即即光光具具有有粒粒子子性性。这这样样，已已经经退退出出历历史史舞舞台台的的光光的微粒说，在的微粒说，在20世纪初又以新的形式被重新提了出来。世纪初又以新的形式被重新提了出来。现现在在人人们们认认识识到到，光光既既具具有有波波动动性性又又具具有有粒粒子子性性，即光具有即光具有波粒二象性波粒二象性。 一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性没没有有任任何何宏宏观观物物体体既既具具有有波波动动性性，又又具具有有粒粒子子性性，对对于于宏宏观观物物体体来来说说，波波粒粒二二象象性性是是难难以以想想象象的的。但但是是，对对于于光光子子这这样样的的微微观观粒粒子子，却却只只有有从从波波粒粒二二象象性性出出发发，才才能能说说明明它它的的各各种种行行为为。实实际际上上，爱爱因因斯斯坦坦的的光光子子说说并并没没有有否否定定光光的的电电磁磁说说，光光子子能能量量E = h , 其其中中的的频频率率 表表示示的的仍仍是是波波的的特特性性。此此外外，光光子子说说和和电电磁磁说说都都可可以以推推导导出出光光具具有有动动量量，并并且且为为实实验验所所证证实实。光光子子说说的的结结论论是是光光子子的的动动量量p = h /c，电电磁磁说说的的结结论论是是辐辐射射能能为为E的的光光子子具具有有的的动动量量是是p = E/c。由由于于光光子子的的能能量量E = h ，所所以以，这这两两个个学学说说得得到到的的结结论论是是一一致致的的。可可见见, 对对于于宏宏观观物物体体来来说说完完全全对对立立的的粒粒子子性性和和波波动动性性，在在微微观观世世界界却却完完美美地地统统一一体体现现在在微微观观粒粒子子身身上上，这这是是一一个个必须承认的事实。必须承认的事实。在在光光的的双双缝缝干干涉涉实实验验中中，在在光光屏屏处处放放上上照照相相底底片片，并并设设法法减减弱弱光光子子流流的的强强度度，直直到到使使光光子子只只能能一一个个一一个个地地通通过过狭狭缝缝。实实验验表表明明，如如果果曝曝光光时时间间不不太太长长，底底片片上上只只出出现现一一些些无无规规则则分分布布的的点点子子，这这些些点点子子是是光光子子打打在在底底片片上上形形成成的的，表表现现出出光光的的粒粒子子性性，这这些些点点子子的的分分布布是是无无规规则则的的。但但是是，如如果果曝曝光光时时间间足足够够长长，底底片片上上就就出出现现了了规规则则的的干干涉涉条条纹纹，就就像像用用强强光光经经短短时时间间曝曝光光后后产产生生的的结结果果一一样样。可可见见，光光的的波波动动性性是是大大量量光光子子表表现现出出来来的的现现象象。在在干干涉涉条条纹纹中中，那那些些光光波波强强度度大大的的地地方方也也就就是是光光子子到到达达的的概概率率多多的的地地方方；光光波波强强度度小小的的地地方方也也就就是是光光子子到到达达的的概概率率小小的的地地方方。所所以以，从从这这种种意意义义上上讲讲，可可以以把把光的波动性看作是表明大量光子运动规律的一种概率波。光的波动性看作是表明大量光子运动规律的一种概率波。从从微微粒粒说说到到光光量量子子说说，这这个个漫漫长长的的过过程程就就是是对对光光的的本本质质辩辩证证地地否否定定的的过过程程。这这些些假假说说模模型型经经过过一一次次次次辩辩证证地地否定，最后就越来越接近光的真实面目了。否定，最后就越来越接近光的真实面目了。 二、物质波二、物质波 在在光光的的波波粒粒二二象象性性的的启启发发下下，德德国国物物理理学学家家德德布布罗罗意意（1892-1987）利利用用比比较较和和综综合合的的方方法法，于于1924年年大大胆胆提提出出：任任何何一一个个运运动动的的粒粒子子（像像电电子子、质质子子、中中子子等等）都都有一种与它对应的波，其波长有一种与它对应的波，其波长为为式式中中p 是是运运动动粒粒子子的的动动量量，h 是是普普朗朗克克常常量量。人人们们把把这这种种波叫做物质波，也叫做波叫做物质波，也叫做德布罗意波德布罗意波。 物质波的发现很快就在技术中得到重要的应用。下图物质波的发现很快就在技术中得到重要的应用。下图的电子显微镜就是一个突出的例子。的电子显微镜就是一个突出的例子。 练练 习习 1. 电电子子甲甲的的速速度度是是电电子子乙乙的的速速度度的的2倍倍，哪哪个个电电子子的德布罗意波长较短？的德布罗意波长较短？ 2. 同同样样速速度度的的氢氢原原子子和和银银原原子子，哪哪种种原原子子的的德德布布罗罗意波长较短？意波长较短？