光是粒子还是波?
严格来说,光(子)既不是(经典)粒子,也不是(经典)波。
只是在某些情况下(经典意义上)颗粒的某些特性,
在其他情况下,它表现出波的特征(经典)。
1.粒子和波动我一直强调,当我们使用一个概念时,我们应该明确这个概念的定义
概念定义/意义的不明确是很多人(尤其是非专业人士)无法正确理解物理理论甚至民科化的重要原因。
比如说到波动性,你会怎么想?
是不是......
提到粒子性呢?
粒子性?点状物体?波粒二象性呢?
波动性与粒子性的**结合?事实上,这些都是对波动性和粒子性的直观感觉,并不严格,
以下是节选自曾谨言先生写的**力学I》
仔细分析实验可以看出,电子呈现的粒子只是经典粒子概念中的原子或粒子,即具有一定质量和电荷属性的对象总是出现在自然界中,但与粒子有确切轨道的概念没有必然的联系。电子的波动只是波动中较重要的东西——波的相关叠加,不一定与实际物理量空间分布的波动有关。(P.S. 对波动性和粒子性的清晰解读,至少在中文教材中,我只看到曾老师的书)
划重点:
粒子表示一种粒子,但不一定与确切轨道有关;波动是指波的相关叠加,具体表现为实验中的干扰条纹,与水波的扩散或往复运动等概念无关。2、光波粒的二象性那为什么光有波粒二象性呢?
归根结底,对物体性质的判断来自实验,
双缝干涉干涉实验:
实验结果显示:
(来源[1]
从光子双缝干涉实验结果(上图)中至少可以看出光子的两种性质:
当光子击中显示屏时,它以点的形式出现;当显示屏上积累大量点时,这些点呈现出非常明显的条纹结构。从上一节的内容可以看出,实验结果清楚地显示了光子的粒子性和波动性,这通常被称为波粒二象性。
此时再看题主的问题:
那么光本质又是一种什么?波还是粒子?因此,答案是:
光(子)既不是(经典)颗粒,也不是(经典)波。光子是光子,是一种客观的颗粒(注意,这里的颗粒不是经典的颗粒),有时显示颗粒(例如,出现在显示屏上),有时显示波动(例如通过双缝)。
就像一个圆柱体,你看到的图形(圆、矩形或不规则的形状)与你看到的角度有关,但圆柱体是圆柱体,而不是圆和矩形的结合。因此,光子与其说是波粒二像,不如说是波粒二不像。
为了很好地理解这一点,我们必须放弃经典理论中的粒子和波,并通过实验结果来理解光子(任何微粒)的特性。当然,如何描述光子/微粒的行为并不是这个答案的重点,但简单地说,到目前为止,人们对微粒有很好的理解,并发展和改进相关理论(**力学、**场论等)。
3.观察改变状态,意识影响物质?很多人会提到,在光子双缝干涉实验中,当你想观察光子路径时,干涉条纹消失了
也就是说,光子知道你在观察它,然后就只表现出粒子性。
这是否意味着人的意识可以改变客观物质的行为?
这是对微观实验的误解。许多人认为微观实验中的观察是指以下行为:
认为实验中的观察是人用眼睛看的
在这方面,我想说的是,当我暂时闭上眼睛时,世界就不存在了!再睁开眼睛,我创造了整个世界!
事实上,这里所说的观察就是用实验仪器来探测微粒,这样的实验仪器往往是这样的:
大型强子对撞机LHC中的粒子探测器双缝实验中的显示屏是广义上的探测器。
观测粒子或探测粒子的本质是被探测粒子与探测仪器的相互作用,没有相互作用就无法探测粒子,
只要有相互作用,粒子的原始状态就会发生变化。
因此,在双缝实验中,如果将探测器放置探测器,探测器将与光子相互作用,改变光子的状态,使光子只显示粒子而不显示波动性。
另一方面,在观察粒子时,粒子的状态没有改变是不可理解的!
因此,它与意识无关,一切都是非常自然和可以理解的。
4.最后,任何物理概念都应该具有明确的意义或共识的理解;任何物质的性质都来自实验,因此物质性质的判断应从实验现象出发;任何物理理论都有适用范围,因此在使用理论/概念时,我们应该注意它是否适用于讨论范围。相信很多物理问题都能很好的解决和理解。
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