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深度剖析光的本质:波还是粒子?

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本文摘要:故事很长,长达几百年的争论,险些物理学所有大牛都加入了进来:物理学生长到17世纪,才算是真正的拨开了迷雾。在谁人开宗立派的名字闪闪发光之前,已经有许多拓荒者了。在这个科学的洪荒时代,数学和物理是不分的,他们都是研究上帝为人间制定的纪律的人。 在上初中的时候,我们将开始学习剖析几何的知识。相对于学习平面几何时,我们可以用现实中的场景去明白。剖析几何更为抽象,也更为数学化。

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故事很长,长达几百年的争论,险些物理学所有大牛都加入了进来:物理学生长到17世纪,才算是真正的拨开了迷雾。在谁人开宗立派的名字闪闪发光之前,已经有许多拓荒者了。在这个科学的洪荒时代,数学和物理是不分的,他们都是研究上帝为人间制定的纪律的人。

在上初中的时候,我们将开始学习剖析几何的知识。相对于学习平面几何时,我们可以用现实中的场景去明白。剖析几何更为抽象,也更为数学化。

如果以后进入初中,一定要记着剖析几何的感受,这是进入数学的真正大门的第一步,把现实问题翻译成数学语言,然后不用思量现实中的问题,用纯数学的方法解决这个问题。这门学科,是一个叫笛卡尔的法国人开创的,所以剖析几何用的坐标系,也被称为笛卡尔坐标系。前面我们知道斯涅尔总结出了折射定律,斯涅尔用了大量的实验总结出来的定律,笛卡尔用剖析几何的措施,在纯数学的角度推出了折射定律。

笛卡尔对于光提出了两种假说:一种假说认为,光是类似于微粒的一种物质;另一种假说认为光是一种以“以太”为前言的压力。光的微粒说和颠簸说在笛卡尔的假说里,埋下了伏笔,也今后开始了几百年的大争论。1655年,意大利波仑亚大学的数学教授格里马第在观察放在光束中的小棍子的影子时,首先发现了光的衍射现象。

据此他推想光可能是与水波类似的一种流体。1663年,英国科学家波义耳提出了物体的颜色不是物体自己的性质,而是光照射在物体上发生的效果。他第一次纪录了肥皂泡和玻璃球中的彩色条纹。谁也没想到,这是第一次光的波粒战争的导火索。

波义耳的实验助手胡克重复了格里马第的实验,并通过对肥皂泡膜的颜色的视察提出了“光是以太的一种纵向波”的假说。凭据这一假说,胡克也认为光的颜色是由其频率决议的。

胡克在其时是很是有名的科学家,他涉猎广发,在许多领域都有研究,可是他在研究偏向太杂,没有专注于某一两个擅长的领域,导致他很少有突破性的研究。而且许多研究偏向,已经摸到了突破的边缘,可是没有进一步深入。

在其时,胡克最擅长的是光学和仪器设计。他设计制造了真空泵,显微镜和望远镜。

他在1665年出书了《显微术》一书,《显微术》是一本划时代的著作,这本书详细形貌了他使用显微镜观察所得,细胞一词就是他命名的,这本书为胡克赢得了世界性的学术声誉,在这本书中,胡克明确的支持了光的颠簸学说。然后,胡克运气中天生的克星,一个划破天空的名字开始登上了科学的历史舞台。

也让第一次光的波粒之争,开启了大幕。这个名字叫——牛顿。

物理学生长到17世纪的下半个世纪,在这座天空划过一道闪电,一个金光闪闪的人物泛起了,他的名字叫牛顿。那首著名的诗文足以形容他的伟大之处:自然和自然的规则隐藏在黑黑暗,上帝说,让牛顿去吧,于是一片灼烁。牛爵爷到底有多牛,我们已经先容过,就不多说了。

他在物理学里的职位相当于儒家的孔子,道家的老子。在谁人科学的洪荒时代,只要是个科学家,都不会只涉猎一个领域,牛爵爷也不破例。他不光一手建立了牛顿力学体系,奠基了近代物理大厦的基本,还是数学领域的超级大牛,而对于光学,牛爵爷也没拉下。

1672年头,刚刚崭露头角的牛顿,因为制造了一台望远镜当选为英国皇家学会的会员。在伽利略发现望远镜之后,天文学取得了飞速的生长,地心说也因此破产。

可是,天文望远镜的制造却遇到了瓶颈。传说伽利略用望远镜视察星空的时候,开普勒跟他借望远镜,伽利略不愿意借,可是开普勒就是造不出这个望远镜。制造望远镜需要磨制镜片,而磨制镜片在其时是一门高深的技术活,不是什么人都能做的,也不像现代社会有种种机械可以打磨镜片。

其时的科学家只能靠自己磨制镜片,可是动手这件事情,不是所有人都擅长的,于是许多科学家可以设计望远镜,可是却做不出来。前文提到的胡克,就是一个擅长磨制镜片的妙手,所以他在光学和仪器方面是一个权威。而牛顿,在制作望远镜的历程中,试了许多次,就是磨制不出合适的镜片。

可是天才就是天才,既然做不到,那么我爽性彻底改变这个模式好了,于是牛顿改了盛行的望远镜设计。之前的设计是折射式望远镜,需要多个凹面镜,增加了望远镜的制作难度。而牛顿,设计了第一个反射式望远镜,只需要一个凹面镜,这样就大大简化了望远镜的制造难度,也缩短了望远镜的长度。

其时的牛顿才29岁,年轻气盛,正准备在光学和仪器方面大展拳脚。他提交给皇家协会的第一篇论文的内容是关于他所做的光的色散实验。

光的色散实验,现在我们在小学的时候就会接触到。一束光照射到三棱镜上,会剖析出红橙黄绿蓝靛紫七种色彩。之前也有人发现光折射之后会发生差别的颜色,可是牛顿是第一次把这个实验准确出现的人。

传说他为了做这个实验,在炎热的夏天,把自己关在一个完全关闭的玄色屋子里,只留了一个小孔透过一束白光。其时可没有空调,牛顿汗如雨下的做了这个实验。

当这束白光透进漆黑屋子里的三棱镜,在墙上出现出美妙的光谱时,强烈的光照对比,让这个实验被誉为物理学最美实验。在牛顿提交的关于这个实验的论文中,牛顿提出光是一群差别色彩的微粒,复合而成,在遇到三棱镜之后,又剖析为差别颜色的微粒。他的这篇论文被交给三小我私家评审,这三小我私家包罗胡克。

前面我们知道胡克最擅长的就是光学和仪器制造,现在牛顿的反射望远镜比胡克的先进,又在光学上第一次提出了光的色散实验。这让他感受到了威胁,胡克声称,牛顿论文中关于光的复合剖析是剽窃的他1665年的思想,而牛顿提出的微粒说,完全就是个错误。牛顿收到这个评价勃然震怒,花了4个月时间洋洋洒洒写了一篇长文,对每一点都举行了反驳,而且用很是刻薄的语言炮轰胡克。

这样,一小我私家狂言不惭在前,另一小我私家恶语相向在后,两小我私家开始成为毕生的死敌。固然,这只是大战的开始,在这次事件之后,双方相互之间揭晓了几篇文章举行了论战。随着牛顿的注意力暂时转移到了此外方面,也没有正式的全面论证微粒说。

而胡克,也是被牛顿猛烈的言辞吓了一跳,没有继续咬住不放,两人进入了暂时的休战。在这期间,光的颠簸说的另一个上将登上科学舞台,他就是荷兰物理学家惠更斯。

惠更斯的泛起,让第一次光的波粒战争走向了热潮。十七至十八世纪,英国和法国在科学界就像是江湖上的少林和武当,分庭抗礼。

一大批科学家如群星般在这两个国家升起。巴黎皇家科学院惠更斯就是这个时代的一个巨星。

作为一个荷兰人,他是巴黎皇家科学院的首任院长,还是英国皇家科学院第一个外国会员。他在力学,光学,数学,天文学领域都有着许多重要孝敬,我们以后有时机会在科学家故事里详细先容。今天,我们还是聊聊他和光有关的故事。

在前文里,我们知道牛顿设计制造了反射式望远镜,让望远镜制造变的简朴而且缩短了望远镜的长度。17世纪后半世纪,任何一个光学领域的权威,都跟望远镜脱不了关连,惠更斯也是如此。与牛爵爷充满天才的设计纷歧样的是,惠更斯更简朴粗暴,他设计的“天空望远镜”,直接扬弃了镜筒,把庞大的物镜何在高塔之上,然后观察者站在几个街区外,手持目镜对着物镜举行观察。惠更斯望远镜与胡克对许多领域都浅尝辄止差别,惠更斯对自己研究的领域都有独到深刻的研究。

对于光,他与牛顿有着完全差别的看法,他支持胡克的颠簸说,并举行了详细的研究。惠更斯在数学理论方面更是具有很是高的才气。除了牛顿之外,另外一个独立发现微积分的数学家莱布尼茨,就是在惠更斯的指导下开始学习数学的。1678年惠更斯写了《论光》一文,以颠簸理论为基础,通过数学方法反推出光的折射和反射定律。

让颠簸说在这场战争中抢得了先机。而此时提出微粒说的牛顿,正在准备他那篇划时代的巨著《自然哲学的数学原理》,暂时无心到场争论。1687年,《自然哲学的数学原理》一书出书,开宗立派,奠基了牛顿在科学史上不行撼动的职位,以至于到如今,如果有人提到一本书叫《原理》,那么一定是指牛顿的这本皇皇巨著。《原理》出书两年后的1689年,惠更斯会见英国,在那里遇到了牛顿。

我们不知道两位科学巨星的碰面详细交流了什么,可是他们一定没有相互说服对方。两人碰面一年后,惠更斯出书了《光论》一书,第一次提出并给定了严谨、可建模的“机械波”观点,而且揭晓了与之配套的“惠更斯原理”《光论》中最精彩部门是对双折射提出的模型,用球和椭球方式流传来解释寻常光和很是光所发生的奇异现象,书中有几十幅庞大的几何图,足以看出他的数学功底。

这本书彻底完整的建设了颠簸学说,颠簸说在这场战役中暂时占据了上风。微粒说因为没有一个首脑人物生长出完整的理论,处于完全的劣势。

《光论》出书5年后,惠更斯宁静的脱离了人世。而牛顿因为万有引力和牛顿力学体系的建设,成为了当之无愧的科学界第一人。1703年,与牛顿斗了一辈子的胡克在落寞中走完了自己68年的人生旅途。

牛顿成为新的英国皇家学会主席,这个位置也让牛顿在科学界的职位变得更为举足轻重。没有人预推测,这一年会是第一次光的波粒战争的分水岭。胡克逝世后第二年,牛顿出书了巨著《光学》。这本著作汇聚了牛顿在剑桥三十年研究的心得,从粒子的角度,阐明晰反射,折射,透镜成像,眼睛成像原理,光谱等方方面面的内容。

同时也将颠簸说中的周期,振动等理论引入到微粒说,全面完善的补足了粒子学说。紧接着,他将颠簸说无法解释的问题一一提出,并对惠更斯的《光论》一书加以反驳。而颠簸说领域已经没有惠更斯和胡克两大首脑,牛顿用一己之力,扭转了光的波粒战争的走势。牛顿因为《原理》一书奠基了他武林至尊的职位,没有人再怀疑他在光学方面的正确性。

这是一次摧枯拉朽的攻击,颠簸派毫无反抗节节败退,微粒说彻底赢得了光的第一次波粒战争的胜利,今后的一个世纪,再没有人对光是粒子提出质疑。直到整整一百年后,一个叫托马斯.杨的医生做了一个可以进入物理学重要性前五的实验:光的双缝干预干与。

吹响了颠簸说抨击的军号。1773年6月,英国一个教徒家庭降生了一个男孩,取名为托马斯·杨。

托马斯·杨从一出生开始就展现了他的天赋异禀,两岁开始阅读种种经典,6岁学习拉丁文,14岁就用拉丁文写过一篇自传,16岁能够说10种语言。厥后还破译了许多神秘的古埃及象形文字,并为埃及学的正式建立做出了突出的孝敬,他还会演奏其时险些所有乐器,如果单单说这段履历,会让人以为他是个文学天才。罗塞塔石碑:解读象形文字的线索可是他其实是文理全才,他中学时读完了牛顿的《自然哲学的数学原理》、拉瓦锡的《化学纲要》以及其他一些科学著作。

为他打下了坚实的科学基础。长大后,受到当医生的叔父的影响,去伦敦学医。1794年,他21岁,由于研究了眼睛的调治机理,成为英国皇家学会会员,放到今天相当于21岁成了中科院院士。22岁的他去了德国的哥廷根大学继续学医,一年后就博士结业了。

他在医学上有许多成就,详细研究了心脏和血管的功效,并揭晓了多篇论文。他还是世界上第一个研究散光的医生,被誉为生理光学的首创人。在研究眼睛结构的历程中,他开始接触光学上的一些基本问题。左为正常视力,右为散光1800年,托马斯.杨正式在伦敦行医,并在行医之余,致力于科学研究。

一年后,他做了一个名垂千史的实验,光的双缝干预干与实验。这个实验如此经典,以至于我们在中学学习物理的时候,是必学的实验。这个实验有多经典呢?2002年的时候,美国两位学者在全美物理学家中做了一个观察,请他们提名有史以来最精彩的十大物理实验。

杨氏双缝干预干与实验在这十大物理实验里竟然占据了两席,一个是托马斯·杨做的原汁原味的光的双缝干预干与实验,排在第五。而另一个是凭据托马斯·杨的双缝演示应用于电子干预干与试验,排在榜首!因为这个实验在量子力学上有重要意义。1807年,托马斯·杨总结出书了他的《自然哲学课本》,内里第一次形貌了这个实验,距离牛顿揭晓《光学》一书已经由去了一百多年。实验的手段很是简朴:把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面,这样从纸上的小孔透出来的就是一个点光源。

在这个点光源后面放上一张纸,这张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光,穿过两道狭缝投射到后面的屏幕上,会形成一排很有纪律的明暗交替的条纹,这就是现在众人皆知的干预干与条纹。

杨氏双缝干预干与实验用微粒说是无法解释这个实验,因为没有措施解释为什么两束光叠加起来反而会造成黑暗。可是颠簸说能够完美解释,这在我们中学物理上有详细的解释。波有波峰和波谷,如果我们让两个波相遇,当两个波的波峰或者波谷正好相遇时会相互增强,形成了亮带,如果两束波的一个波峰和一个波谷相遇时,他们会相互抵消形成了暗带。

通过准确的数学盘算,可以直接盘算出明带和暗带泛起的位置,和实验效果丝绝不差。这成为了颠簸说的大规模杀伤性武器,隐藏于地下的光的颠簸说,再一次回到了历史舞台,光的第二次波粒战争就此开启。可是微粒说统治了一百多年,它是如此强大,百年来人们对牛顿构建的这个世界基本原理深信不疑,所以杨的论文从一开始就受到了权威们的讽刺和讥笑。

可是随着时间的推移,干预干与条纹这个大规模杀伤性武器究竟证据确凿,险些无法反驳,最终酿成了绕不外去的坎。科学之所以是科学,就在于科学是可以被证伪的,就算你是如牛顿这样的天神般的存在,也会因为科学事实被质疑。

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微粒说既然挡不住干预干与条纹的质疑,就想到了用其他实验去阻挡颠簸说,其中最知名的实验就是马吕斯在1809年发现的偏振现象,这一现象其时的颠簸说没法解释,于是战局进入了僵持,双方都无法说服对方。关键的转折点在十几年后,科学界迎来了另一个著名实验,这个实验被命名为泊松亮斑实验。泊松是一个著名物理学家,可是如果可以选,他一定不愿意看到自己的名字和这个实验绑在一起。

1818年,法国科学院提出了一个征文竞赛题目:1:使用准确的实验确定光线的衍射效应2:凭据实验,使用数学归纳法推导出光通过物体四周时候的运动情况。这个竞赛评委会由许多知名科学家组成,包罗拉普拉斯,泊松和比奥等微粒说的拥护者。在法国物理学家阿拉果和安培的勉励和支持下,颠簸说阵营的一颗新星菲涅尔向科学院提交了应征论文。

在论文里,菲涅尔接纳了颠簸说的看法,用严密的数学推理,极为圆满的解释了光的衍射问题。菲涅尔这篇论文递交到委员会的时候,遭到了委员会里坚持微粒说的科学家的阻挡。

在委员会集会上,科学家泊松指出,凭据菲涅尔的理论,用数学盘算应该会看到一种奇怪的现象:如果在一束光的流传路径上,放置一块不透明的圆板盖住,在离圆板一定距离的地方,圆板阴影的中央应当泛起一个亮斑。这在人们的意识中是一种十分荒缪的事情,用一块板子盖住光线,怎么可能在反面反而会泛起一个亮斑?所以泊松认为自己已经批驳了颠簸说。在这之前,菲涅尔没有发现过这个亮斑。

从数学角度,这需要高深的数学技巧才气盘算出来,泊松是其时很厉害的数学家,换了一小我私家可能还盘算不出来这个亮斑。评委会中的另一位科学家阿拉果在关键时刻坚持一定要用实验举行检测。阿拉果菲涅尔和阿拉果一起做了这个实验,实验泛起了令人意想不到的效果,这个盘算出来的亮斑真的泛起了。

这个亮斑也因此被称为“泊松亮斑”,泊松原来用来攻击颠簸派的理论,竟然酿成了支持颠簸学说的最有力武器。泊松亮斑这个著名实验,也成为了第二次光的波粒之战的决议性事件,菲涅尔获得了那一届的科学奖。数学和物理的魅力同时出击,让光的微粒说开始节节败退,无力抨击。

泊松亮斑可是微粒说有一个碉堡一直存在,那就是光的偏振问题,之前惠更斯认为光是一种纵波,可是这没法解释光的偏振问题。之后菲涅尔又缔造性的提出了光是一种横波的理论,解释了光的偏振问题,攻克了战役中一个很是重要的碉堡,今后以后光的颠簸说开始节节胜利。纵波和横波大决战的日子来临了,那就是光的速度。

凭据微粒说,光在水中的速度比真空中要快。而颠簸说一直认为光在水中速度是要比真空中要慢的。可是因为光速实在是太快,之前一直很难丈量。1850年,傅科向法国科学院提交了他关于光速丈量实验的陈诉。

在准确丈量了光在真空中的速度之后 ,他举行了水中光速的丈量,发现这个值只有真空中光速的四分之三,这一效果彻底宣判了微粒说的死刑。光在真空中速度为299792458m/s颠簸说终于在100多年后推翻了微粒王朝!没过多久,另一个领域又传来了更为爆炸性的发现,让“光是一种波”这一结论变的牢不行破。

同时又埋下了一个隐患。如果说18世纪是牛顿力学的世纪,让科学获得了长足的生长。

那么19世纪就是电磁世纪,人类从开始接触电,用了匪夷所思的速度迅速的生长了电磁学,世界也发作了第二次工业革命,一个无与伦比的电气时代到来了。这个电磁王国是由两小我私家奠基的,这两位科学家在我们之前的文章里都先容过。

他们就是电磁学双子星座——法拉第和麦克斯韦。我们知道,法拉第靠着天才的物理直觉发现了电与磁的关系,缔造了电磁王国的基础。1846年,法拉第发现在磁场之中光的振动面有偏转,这说明光和电磁现象有关。

许多科学家也开始发现,光与电磁现象之间有很大的关系,可是需要一个数学天才来给出结论。法拉第到了1864年,麦克斯韦用他高明的数学能力,生长了法拉第的电磁理论,揭晓了著名论文《电磁场的动力理论》,给出了优美的麦克斯韦方程,同时提出了电磁波的观点。他通过盘算,发现电磁波的速度和光速一样,于是提出了“光是一种电磁波”的理论。

麦克斯韦固然,这是理论盘算,没有人看过电磁波。所以直到麦克斯韦去世,人们还在争论麦克斯韦的理论。其时科学界有两种看法,一种是韦伯的看法,认为电磁力是瞬时流传的,不受时空限制,另一种就是麦克斯韦的理论,认为电磁力是靠电磁波通报,是有速度的。

电磁波德国小城卡尔斯鲁厄,疾驰汽车的首创人卡尔·弗里特立奇·本茨就出生在这里。而这座都会,有一个比疾驰另有名的人,他的名字叫赫兹。赫兹现在是物理学上频率的单元,这个单元在电气时代随处泛起,好比我们电脑的刷新率,用的就是赫兹为单元。海因里希·鲁道夫·赫兹1887年,刚刚完婚的赫兹,在实验室里专心致志的做着一个实验,这个实验将让他闻名于世,而且永远的被记载在人类历史中。

赫兹设计了一个电磁发生器,会发生电火花。凭据麦克斯韦的理论,这个火花会发生电磁波。

他又设计了一个吸收器,如果电磁波传过来,那么吸收器会发生火花。赫兹的事情就是视察这个火花,这一看就是近两年的时间。1888年的一天,赫兹看到了理论中的谁人小火花。

终于,人类第一次在实验室,检测到了电磁波。赫兹检测电磁波实验装置同时,这也证明晰麦克斯韦理论的正确性,谁人优美的方程组开始在物理学史上绽放光线,影响后世直到今天。经典物理大厦的另一座丰碑建设起来了,这个由法拉第打下地基,麦克斯韦制作主体,最终由赫兹封顶的丰碑,影响如此深远。在赫兹宣布发现电磁波六年后,马可尼发出了第一封无线电报,从无线电报到如今我们用的手机通讯,全部都依赖电磁波的应用。

如果没有电磁波,我们这个世界很难如此便利的远距离通讯,地球也不会真正成为一个地球村。赫兹通过实验数据,经由数学处置惩罚,得出了电磁波的速度。

与麦克斯韦的预言惊人的一致,电磁波的速度与光速相等。原来光并不神秘,它就是一种电磁波。只不外,光恰好落在我们可以看到的频率,能够被人类的眼睛视察到。而其他的电磁波,人类看不到。

其后,人们通过种种实验,进一步验证了电磁波和光一样拥有反射,衍射,干预干与等特性,这些实验进一步证实了电磁波和光的一致性。随后,从微波到X射线,从紫外线到红外线,从伽马射线到无线电波,整个电磁大厦变的金碧辉煌。而之前的主角,光,也只是电磁帝国下面的一个小小分支。

电磁波家族至此,光是一种波的结论已经变的牢不行破。只不外,有一个小小的阴影,隐藏在黑黑暗。在电磁波实验中,赫兹发现了一个奇怪的现象,在后世被称为光电效应。

固然那会还不叫这个名字,因为人们还没有发现电子,赫兹忠实的记载了这个现象。可是他已经没有时间去研究了。宣布发现电磁波五年之后,赫兹因为败血症英年早逝。谁也没想到这个小小的阴影将带来下一个世纪物理学革命的到来,赫兹为经典电磁理论封顶,同时又埋下了推翻这座丰碑的种子。

光电效应赫兹在做电磁波实验的时候,发现了一个奇怪的现象。为了能更清楚的看到电火花,他把这个实验放在完全黑暗的盒子里,此时却发现电火花的能够通报的距离缩小了,必须让两个小球之间的距离变的更短才气吸收到电火花。如果有光照的话,反而吸收器更容易吸收到电火花。

赫兹对这个现象百思不得其解,写下了一篇论文《论紫外光在放电中发生的效应》,赫兹发现如果有紫外线照射实验设备,会让实验效果更好。在其时,这个论文没有引起太多的关注,因为电磁波是个更激感人心的发现,因为电磁波的发现,泛起了一系列重大发现,内里蕴含着庞大商机。

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就连赫兹自己都不知道,他已经触摸到了量子物理的潘多拉魔盒。固然,还是有一些潜心研究的物理学家,对这个现象发生了兴趣,做了一系列实验。

人们发现只要紫外线照射金属外貌,金属外貌就会带正电,似乎负电飞走了一样,其时还没有发现电子,只能说是负电失去了。差别的金属效果也纷歧样,钾钠镁铝这类生动金属更容易失去负电。

1897年,汤姆逊在研究了阴极射线后发现了电子,人类开始使用电子的观点,来形貌之前的负电。上面的实验也有了进一步生长,人们终于搞清楚,当紫外线照射金属外貌时,会让金属里的电子不知道出于什么原因,逃出金属外貌,因为光和电这种奇妙联系,人们给这个实验取了一个名字“光电效应”。随着实验越做越多,人们的困扰也越来越多。

光能否从金属外貌把电子攻击出来,只跟光的频率有关系。如果频率不够高,照一年也照不出电子。

而且这跟光的强弱无关,最弱的紫外线也能攻击出电子,再强的红外线也做不到这一点。没人知道,这是什么原因。我们暂时抛开这个问题,去迎接20世纪的到来,一个崭新的时代开启了。

19世纪刚过,一个不算年轻的科学家走上历史舞台,他的名字叫普朗克。1900年,普朗克在研究物体热辐射的时候发现,只有假定电磁波的吸收和发射不是一连的,而是一份一份的,盘算的效果才气与实验效果相符。

1900年12月14日,人们正在准备欢度圣诞节。这一天,普朗克抛出了他那篇名看重史的《黑体光谱中的能量漫衍》一文,提出了能量子的观点,厥后被更名为量子,这一天厥后被认为是量子物理的降生日。

普朗克这个量子是能量的最小单元,能量的通报不是一连的,在细分到一定水平之后,不能再支解。所有的能量都是以这个量子为基本单元的整数倍,我们可以通报1个量子,一千个量子,可是不能通报半个量子也不行以通报999个半量子。量子观点的提出,是开天辟地的,因为这颠覆了人类的认知。

物理学生长到这会,人们有一个从来没有怀疑过的观点,那就是我们的世界是一连的。这是自牛顿创世以来几百年,物理学中被认为坚如盘石想都不用去想的一个观点。

可是普朗克提出的观点,说的是我们这个世界不是一连的,是一份一份的。如同一颗惊天炸雷响彻世间,量子物理的潘多拉魔盒被打开了。

固然,推翻经典物理的基石没有这么容易。就是普朗克自己都不愿意对这个问题做深思,只是把这个作为数学上为了利便盘算引入的一个观点。

他被这个离经叛道的观点深深困扰,以至于他自己都在不停强调,这只是一个观点,不要想太多。在普朗克揭晓他这篇论文的同一年,一个青年人大学结业了,他正在为生计发愁,因为他找不到事情。待业了快要一年后,在一个朋侪的资助下,他找到了一份专利局的技术员的事情。

在专利局期间他用大把大把的时间思考最前沿的物理问题。几年后,这个专利局的技术员震惊了世界,他的名字直到一百年后的现在,变的家喻户晓,这个名字叫爱因斯坦。

年轻时候的爱因斯坦1905年,这一年在物理学史上有个专门名称——“爱因斯坦奇迹年”。整个物理学史上也许只有牛顿在乡下躲避瘟疫的那一年可以媲美。这一年爱因斯坦揭晓了五篇论文,另有一篇是下一年年头揭晓,如果不严格界说,那就是六篇论文。

每一篇都是惊世之作,都能够去角逐诺贝尔奖。其中一篇叫做《关于光的发生和转化的一个试探性看法》,这篇论文中,爱因斯坦从普朗克的量子假设出发,解释了光是一群离散的量子,而不是一连性的波,每一个量子拥有的能量即是频率和普朗克常量的乘积。只有当单个光量子到达一定的能量级别才气够让金属外貌的电子逃逸,造成光电效应。如果单个光量子达不到这个能量级别,照射再多也没有用,完美的解释了光电效应的问题。

固然,理论的提出并不会让人就立刻接受。就像麦克斯韦预言了电磁波,直到赫兹找到电磁波才气让世人接受。过了十年多,美国科学家密立根揭晓了一个实验效果,证明晰爱因斯坦对光电效应的解释,并重新丈量了普朗克常数。

这之后,到了1921年,爱因斯坦因为光电效应获得了诺贝尔奖。光是一种电磁波这个结论变得不行动摇的时候,光量子的提出,又让大战一触即发,光如果是一种波,那么光量子算什么?光到底是波还是粒子?这个问题已经变的纠缠不清了,颠簸派有强大的理论和实验支持,微粒派也有强大的理论和实验支持。

双方决议握手言和,得出了最终的结论,光具有波粒二象性,既是波又是粒子。不止是光具有这个特性,之后掀起滔天巨浪的量子物理里,所有微观的粒子都具有波粒二象性。

至此,光学之争,也算基本竣事了。而人类踏入了新的理论领域,量子物理席卷了整个物理学,这里是一个跟我们知识完全差别的领域。我们在经典物理中学到的许多工具,在量子物理领域都是不建立的,未来合适的时机,我们会一起相识这块神秘的领域。

这几百年的光之战争,险些物理学的每一个大神都牵扯了进来,他们用自己的智慧和执着,去孜孜不倦的探索这个世界的本源,推动了整个社会不停的进步。到如今依旧有许多未解之谜,可是人类不会停止探索。

也许未来有一天,听我们说这段历史的你也会酿成那颗闪闪发光的巨星!!。


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本文来源:OG真人-www.hokoukaizenshi.com

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