※ 引述《thomasflee (Thomas)》之铭言： : 请问各位大大 : 最近阅读一本有关量子力学的书 : 书中提到光具有粒子与波的特性 : 也就是波粒二像性 : 再者光穿越缝隙时....会产生干扰 : 我想请问....波粒二像性是不是可以想像成 : 光粒子在前进时....是以波状的运动方式前进的呢? : 因为我想了很久...如果光粒像子弹一样直线打出去 : 穿越缝隙时...应该还是直线前进才对呀 : 但是 科学家的实验结果似乎不是如此 : 请问大大有谁可以解惑吗 : 谢谢 我想量子力学的哲学观可能比它的数学体系更令人难以理解 首先 我们从几个实验或现象上面发现 原本我们是为波的东西 居然会有粒子的性质 原本我们视为粒子的东西 居然会有波的性质 在古典上 这是令人难以理解的 因为古典体系里面 并没有相容之处 我就先以各个实验来提一下波粒之间的关系 一 实验 (1)黑体辐射:Planck以黑体辐射的能量是nhf分立的方式来解释 黑体辐射的能量分布 也就是说 能量是不连续的 而是以能量 包的观念 来克服当初理论和实验之间的困难 (2)光电效应:以古典电磁学来看 光的能量应该是跟强度有关 所以 光强度越强 就可以越容易激发将电子出原子来 也就是跟频率无关 但事实验显示 其实跟强度无关 而是跟频率有关 也就是说 在微观下 光和电子之间的交互作用 并不是古典那样 而是类似像黑体辐射那样子 的能量包一样 一个能量包 跟电子来进行交互作用 (3)康普吞散射:单一频率的X光(电磁波)和电子之间做交互作用 散射出来的 波长和角度 这也是古典物理无法解释的 但是只要轻易的用光子的概念 我们很容易算出角度和波长之关系 (4)原子光谱:原子光谱并不是连续的 而是分立的 这表示 原子内部结构 具有离散的性质 也就是所谓能阶的概念 (5)Davisson-Germer实验:将电子打到单晶上面 我们发现 在特定的角度 会有强烈的散射出现 (6)Thomson实验 电子透过单晶粉末 会出线绕射现象 二 理论部份 (1)黑体辐射 Planck给出了正确的方程式 不过他并没有意识到hf这东西会对物理学带来怎样的变化 (2)光电效应 爱因斯坦 他对hf有了正确的理解 在微观下光和电子交换动量和能量 是以hf的型式 来交换的 (3)康普吞散射 这边有更深一层的认识 因为他把hf=hc/λ 所以将波和单颗粒子之间 连在一起了 而将量射到波的性质 (4)氢原子光谱 波尔做出了角动量量子化 於是将分立光谱解出来 并和光电效应做结合 知道光和 电之交互作用的样貌 (5)德不罗意波 他提出了 不只电磁波有粒子的性质 粒子应该也要有波的性质 不过也就只有这样 没了 --- 三 真正体系的建立 以上的 其实都是古典和真正量子力学之间的一个过渡时期 我们称之为半古典时期 真正建立整个体系的 应该是薛丁格 海森堡 而将他公理化的 是迪拉克! 所谓的波粒二项性 第一个解释 出来的 应该就算是波恩吧! 2 他将 |波函数| dx 解释成 在某段区间找到电子的机率 但是 这并不能代表 我们可以知道某粒子 随时随地它的轨迹 这代表了 我们失去古典物理最想要知道的东西=>随时随地的情况 例如:轨迹 动 量的准确值等等... 而这个时候 出现了所谓的哥本哈根诠释(不是哈根达斯) 我贴一下(WIKI) 1 一个量子系统的量子态可以用波函数来完全地表述。波函数代表一个观察者对於量子 系统所知道的全部资讯。 2 基本上，量子系统的描述是机率的。一个事件的机率是波函数的绝对值平方。 （马克斯·玻恩） 3 不确定性原理阐明，在量子系统里，一个粒子的位置和动量无法同时被确定。 （海森堡） 4 由於物质具有波粒二象性，根据互补原理（Complementarity principle），一 个实验可以展示出物质的粒子行为，或波动行为；但是，只能一次展示出一种行 为，不能同时展示出两种行为。（尼尔斯·玻尔） 5 测量仪器是经典仪器，只能测量经典性质，像位置，动量等等。 6 对应原理：大尺寸宏观系统的量子物理行为应该紧密地近似於经典行为。 （尼尔斯·玻尔与海森堡） 基本上 哥本哈根诠释 主要是以"测量"来当作他们理论得主轴 在两次观察之间 我们不提所谓的轨迹之类的问题 因为那根本是没有意义的 不过 也因为爱因斯坦并不喜欢这种哲学观点 於是後来 他跟波尔展开了论战... 除了 哥本哈根诠释 这种所谓的正统的诠释之外 其他还有像多世界诠释等等... 其中 我最喜欢的 是费曼的Path Integral方法 Path integral是这样子想的 1.其实 粒子会沿着所有的路径运动 不过每一条路径权重不一样 所以我们先定义所谓的 "权重" 权重~exp[i{action/h_bar}] 这里面的action就是所谓的 作用量 在古典力学里面的一个核心量 action=积分{lagrange*dt} 2.将所有路径的权重都加起来 会跟你从这个态 到另一个态的机率 3.而这其中 贡献最大的 其实是最接近古典状态的那个路径附近的路径所做的贡献 而其他比较远的路径 我们会把它当作是干涉掉了 这一个观点 在很大的程度上 将古典物理和量子力学做了连结 应该说 更直观的表态 我想 大家有兴趣的话 可以多看看费曼是怎思考的 和波尔的解释方式 哪里不同哪里相同 跟古典力学 到底差在哪里 而最重要的是它们之间的对应关系 抛砖引玉一下 希望有更多人跳出来 不要再潜水了^^ -- --

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