03.04 物质的波粒二象性怎样理解?

赤兔146937091


波粒二象性指所有微观粒子或者说量子都具备波动和微粒两种性质。

什么是波动性?水波就是最常见的波。

波具有波长和频率,波长就是一个完整波的长度,也是一个完整周期的传播距离。频率就是单位时间内完成周期性变化的次数。

为什么说具有波动性?

我们最长用的判断方法是波可以用干涉。什么是干涉呢?频率相同的两列波叠加,使某些区域的振动加强,某些区域的振动减弱,而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开。这种现象就叫做波的干涉。比如水波的干涉:

光波也可以进行干涉,最著名的实验:杨氏双缝干涉。把一束光通过两个相距很近的夹缝之后就会产生干涉现象,并在后面的挡板上出现明暗相间的条纹,这就是光的干涉现象。因此我们说光是波。

什么是粒子性?

1887年的时候,赫兹(德国物理学家)发现金属板在光的照射下会释放出电子,形成电流,后来爱因斯坦提出了光量子说,解释这种现象,这就是著名的光电效应。

为啥说光电效应能够证明光量子的粒子性呢?还得从光电效应的实验说起。金属板是否射出电子,与照射光的强度无关,与照射的时间长短也不管,只与光的频率有关。只要光的频率高于金属的极限频率,及时光线再暗,电子都会瞬时产生,(不超过10^-9秒)。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。

所以光电效应很好的证明了光子的粒子性。

那你可能会问了,是不是可以这样理解,一个光子具有粒子性,而一束光子具有波动性?

实验告诉我们这么理解也是错的。问题就在于,一个光子也具有波动性,这正是前面说的,波粒二象性是粒子的特性,而粒子群。

上面说的双缝干涉实验,如果把光源去掉,我们采用单光子,一个一个的发射,结果让人会在挡板上产生干涉条纹,这正是难以理解的地方。同理,我们把光子换成电子仍然会得到相同的结果。因此,单光子也满足波动性。


世界总是如此奇妙,下图是瑞士洛桑联邦理工学院的科学家拍摄出了有史以来第一张光既像波,同时又像粒子流的照片。


妈咪说MommyTalk


本题涉及光的属性问题。牛顿说,光子是一种粒子;惠更斯说光是一种波;德布鲁伊说,光是一种物质波,有波粒二象性;爱因斯坦说,光是一种能量子。

涉及双缝干涉实验,尤其是对单光子与但电子的双缝干涉的各种解释,多半牵强附会,违背常识判断与直觉,可谓扑朔迷离。

推及光和微观粒子的波粒二象性如何统一的问题,可谓认识史上最令人困惑的问题,至今不能说问题已经完全解决。以下是我的解释。



一,费米子的波粒二象性。

费米子,诸如中微子、电子、质子、中子,皆成椭球型,既有低速进动震荡的波动性,又有光速自旋震荡的椭球性。二象性表现在进动与自旋。严格讲,费米子是一种独自旅行的物质波。

广义地,地球具有波粒二象性。地球绕日运行时,既有进动纵波型的波动性,又有自转横波型的椭球性。

二,玻色子的波粒二象性。

玻色子,诸如引力子、光子、虚粒子、介子、胶子,既有横波震荡的粒子性,又有纵波震荡的波动性。严格讲,玻色子是一种特定能态的后浪推前浪的真空涟漪,没有波粒二象性。

虚粒子,是特定能态的玻色子,也叫真空涟漪子。基态虚粒子,既有横波震荡的量子性,又有纵波震荡的波动性。光子是6.4亿个虚粒子的簇合体。



三,单光子的双缝干涉机制。

光子发生器,是一种电磁振荡的谐振子,其电子轨道角动量,推压附近的大量真空涟漪,形成第一道波阵面。

真空涟漪,按照后浪推前浪的传播模式,通过两个狭缝分布继续推压附近的真空涟漪,形成第二次双向波阵面,并且相互交集、叠加或共振,最终撞击在底屏上,留下明暗相间的波纹。

四,单电子的双缝干涉机制。

电子发射器,也是一种电磁振荡谐振子。由于光电效应,刚出发的准光速旅行的电子,推压附近的真空涟漪,形成第一次波阵面,通过两个狭缝,按照后浪推前浪模式,形成第二次波阵面,两个波阵面相互叠加或共振,留给底屏明暗相间的波纹。


物理新视野


其实所有的微观粒子都有波粒二象性,只是明显与否罢了。其实电磁波的传播子是光子,电磁波的波粒二象性可以理解成光的波粒二象性。

我希望对这个问题有一个较为深入的回答。那么我们首先要回溯到人们对光的认识

其实在古代文明中,人们就开始思考这个问题,比如古希腊曾经有人认为太阳光就是由微小的原子构成的。当然这是对最早的原子论的一种发扬。

物理上最早论述光的性质便是笛卡尔等人了,他认为光是一种类似于水波的机械波。


但随后有个名为伽桑狄的数学家提出了光是微粒的学说。这种说法也得到了牛顿的大力发扬,牛顿反对光的波动说。由于他当时在科学界的地位,光的粒子说一度统治了物理界。

但是以胡克和惠更斯为首的人依旧支持光的波动说。波动说在100多年后也得到了托马斯杨关于光的干涉实验支持。

到那时为止,人们也很纠结,光如果仅是粒子的,那么它就不可能有衍射和干涉现象。如果光仅是波,那么光就可以绕开障碍物,而并非是直线的传播了。

法拉第随后提出,光就是一种频率比较高的电磁波而已。但是这时候关于光到底是粒子还是波还没有统一的说法。貌似光既有波的性质也有粒子的性质。

但是这个时候学界普遍放弃了牛顿的粒子说,转而支持波动说。这时的波动学曾一度占了上风。

旧量子理论的诞生才开创性的解答了这个千年难题

1905年,爱因斯坦借助了普朗克的量子化概念,把光的粒子性描述为光量子,继而复活了光的粒子说,但是爱因斯坦所说的光子和牛顿的光粒子学说是不同的。光子是光量子,它没有静止质量,不是牛顿认为的:光是由普通的微粒构成。

为了完美解释光的波动性和粒子性,德布罗意等人开创性的提出了波粒二象性的概念。


这是一个全新的概念,光会显示出波动性,也会显示出粒子性。光的波动性体现在频率和波长上,光的粒子性体现在动量和位置上。

根据哥本哈根学派的解释,光的波动性和粒子性不能同时被测量出来。测量行为发出的光子会扰动被测量光子的波粒二象性,导致只能体现出粒子性,而丧失波动性。

也可以说,光子的动量和位置不能同时被测量出来,动量测得越准,那么位置信息就越模糊,反之亦然。


为什么会出现不确定性呢?海森堡认为这是测量行为的干扰结果。但随后有理论认为,这可能就是粒子的内禀属性,测量与否都会存在不确定性。

其实对光的波粒二象性的理解难度主要体现在对不确定性原理的解释上。这也是科学家需要进一步研究的课题。


科学认识论


答:世面上的关于波粒二象性的解释可谓盲人摸象,都属经典的经不起逻辑推敲的自圆其说。哥本哈根诠释与EPR理论的矛盾至今丝毫没有缓解。前辈们解决不了,是因为他们的时空观有错误,而后辈们几乎都不用考虑自己到底是个什么样的时空观就大谈特谈波粒性。再说了,象这种问题在“头条”环境下能讲得清楚吗?你想得太轻飘、太天真了。因此,这里我要毫不客气地告诉你:你对波粒二象性的振振有词真的就是在瞎鬼扯!

建议经常在“头条”侃侃而谈的大V、青云计划获奖者们,静心地、虚心地去看看李琼超的《整连论》,那是一个原理唯一、逻辑严谨的完美的时空体系,那里涵盖了你百思不得其解的几乎所有的你想明确的问题,如果你真心喜欢科学研究的话。显然,为读懂大自然,作为人我已尽心尽力了,真的,我也为自己的解答甚感欣慰。

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分类:自然科学-物理学

序号:6472

标题:整体性和连续性具有系统性论

发布时间:2019.3.27


用户59656524263



春雨201749550


在日常生活中,二象性的现象不胜枚举。其本质,就是个体与外部环境共同决定了个体的行为。

比如,穿过人群拥挤的闹市,你所行走的路线是曲折的,受到了双重影响。

比如,鱼🐟在海水🌊游弋时,也是上下波动的。

比如,人是社会性动物,其日常的行为,除了反映出个人的主观意志之外,还必须遵守国家的法律,遵循社会道德规范的要求。

比如,一个企业的经营活动,除了要争取利润之外,还得尽其社会的义务。

比如,人的认识,除了要反映客观规律之外,还必须适合人类自己的生理特点。所以,科学是人与自然界的相互作用,科学理论是相对于现有的现象和实验🧪关于自然界的同构系统。

然而,上述事例所反映的二维性,在物理领域,却表现的并不是那么直观。因为,我们看到或感受到的,只是作为物理对象的物质,而作为物理背景的空间却是看不见和摸不着的。

这也是为什么,经典力学只是把空间当作承载物体的几何框架的原因。经典力学是忽略空间效应的理想物理学。

进入二十世纪,当人类的认识,超出了与人类自身尺度相近的宏观范围,发现了许多仅靠物质是无法解释的现象。于是,人类间接地发现了空间不空,自然界存在着影响物体行为的物理背景。

比如,任何微观粒子都具有明显的波动性,表明存在着统一的物理背景。而且,这一物理背景是不连续的,是由离散的量子够成的物理空间。

以水为例,其对于我们人体来说,是连续的;然而,当物体的体积小于水分子的间距时,就会感受到水的不连续性。如细小的花粉,在水中受到水分子的不对称碰撞💥,呈现出无规运动。

微观粒子的半径小于10-16厘米,而空间量子的间距为2.913x10-14厘米,前者远小于后者。于是,量子空间对微观粒子呈现出了不连续性,具体表现为量子对微观粒子的不对称碰撞,使后者呈现出无规的波动性。

总之,自然界是一个有机的整体,个体的行为会受到其外部环境的影响,呈现出二维的特性。微观粒子的波粒二象性,就是上述二维性的具体表现。


淡漠乾坤


所谓波粒二象性指的光的最小单位的性质。我们管光的最小单位叫做光子,波粒二象性说的就是光子具有波粒二象性。光子的波粒二象性是怎么来的呢?我是这么看的:点,在我们看来有两种:一种是数学的点,另一种是物理的点。数学的点随处都是,它遍布宇宙空间,而物理的点只在宇宙的物质中存在。我们说,宇宙是大爆炸形成的,意思就是宇宙物质是能量的。我想说的:所谓物理上的点,其实就是能量的点,而能量的点实际就是旋转着的数学点。在我们看来是两种的点,实际上是一种,只不过有时我们能看到能量使其旋转的一面,有时我们能看到它静止的一面罢了。光子的波粒二象性就是我们观察到了光子的这两个反面所得出的结论:当我们被动地观察光子的时候,作为旋转的数学点,它表现的是能量,我们说它是粒子;当我们主动地用能量去测量光子的时候,此时的光子相对于能量而言只是一个静止的数学点,于是我们说它是波。

那个缺德的麦-莫实验就是设计了一个让数学点旋转着穿过窄缝形成波,继而由能量的点以光子的形式投射在屏幕上的一个坑人的机关,难倒了世人,也难倒了设计者自己。

以上是我的猜测,我不知道科学家们说光是波的时候,是不是为了能观测到它而消耗了相应的能量;也不知道科学家们说光是粒子的时候,是否就是傻呆呆地在那儿等着光线射入自己的眼睛。


老堪69294438688


以前有个论述。

简单来讲:就是一个事物的运动状态同时存显两种性质。

1、直线运动性

2、自身反应产生的物质的释放性

其实这一点,所有以直线运动的物体都存在这一两点特性。只不过他们之间唯一的不同,就是“光子”的前进动力来源于初始的抛射力、相互作用力。而其他物体的前进动力源于能量物质释放产生的推动力、释放的物质与物体的相互作用力。

……

2018、6、16


自然科学理论研究者



他乡云难掩故乡月


太极无限分形时空可能是目前的最优回答,这个思路是充分利用了传统思的文化资源优势和具大的包容性可以整合一切控制论的阿西贝定理,即控制系统的应对变化的数不得小于被控制系统的变数,这是管理控制论三大定律之一。太极∞分形时空是2003年笔者做《from knowledge cybernetics to fengshui》的基本理论框架,用传统的顶层设计将太极者无极而生阴阳之母用系统仿真把这句话包括的二个太极生长法则作为分形逻辑发生器产生一个从无极起点至上而下的黄金分形∞空间,而E一无限分形逻辑时空从光子双缝,单缝单粒试验从下而上与太极无限分形时空相遇于宏观顶屋,O或者空。而问题的解答就在O与空上。0对应于粒子而空集对波属性,(图片和参考原文随后)

提醒一下,图片是三个月前读到香港大学何女士▽2014遗作时即时把这个东西方方法论的聚会问题记录了。他们在这十几年里发表了近百篇文章,从数论,扬理数学,杨振宁的规范场全面论证,但依然与诺贝尔奖差一步。北漂从2011从《cybernetics of tao》获控制论大奖的经验来看他们的框架缺少社会实践性,是纯粹由数字实验切入,而我的切入点是数千年问传统思维这部天然图灵计算机,这个传统思维唯一可称理论模型,在知识控制论里承担把社会实践形形色色的观念进行优化转换,,故我尽力简单直切地通过悟空平台传给国人。因这问题里有不止一个大诺贝尔奖,我不想同这里的老外讨论这问题。希望喷子君忍观事情进展



The way this paradox can be resolved is through the E-infinity algebra of the zero and the empty set [2].

Remember that a one-dimensional Cantor set has both a Menger-Urysohn dimension and a Hausdorff dimension. The random Cantor set has a Menger-Urysohn dimension of 0 while its Hausdorff dimension isf/<font>. It is called the zero set, and El Naschie proposes to identify this zero set with the particle:

dim (particle set) = P(d, d) = P (o, f/<font>) (1)

where d is the Menger-Urysohn dimension and d is the corresponding Hausdorff dimension.

The quantum wave on the other hand, is identified with the empty set, as it is devoid of matter and momentum as it is spread out ultimately over the entire universe:

dim (wave set) = W(d, d) = W (-1, f/<font>) (2)

How does one get to this empty set? You get there by a process of induction as follows.

What is the dimension of a 3D cube boundary? It is clearly an area, i.e., a surface of 2D. That means

3D(cube) – 1 = 2D (surface)

Next, what is the dimension of the boundary of a 2D surface? It is obviously a one-dimensional line.

2D(surface) -1 = 1D (line)

Finally, what is the dimension of the boundary of a line? This is evidently a zero dimensional point

1D(line) – 1 = 0D (point)

By induction, one could write a general expression for the above in the form of:

D(boundary) = n – 1 (3)

where n is the dimension of the geometrical object for which we would like to know the dimension of its boundary. By induction, using this formula, we can derive the boundary of a point:

D(boundary) = D(point) – 1 = 0 – 1 = -1


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