爱因斯坦的光量子论与光的波粒二象性

发布时间：2023-07-28 11:05:15 所属栏目：外闻来源：

导读：第一个把量子计算机的概念认真贯彻宣传下去，并努力不折不扣地加以发展，使德国物理学家们彻底地认识到它的重要性的是大名鼎鼎的爱因斯坦。他意识到，量子概念带来的，将是整个物理学的根本变革，需要建立新的理论基

第一个把量子计算机的概念认真贯彻宣传下去，并努力不折不扣地加以发展，使德国物理学家们彻底地认识到它的重要性的是大名鼎鼎的爱因斯坦。他意识到，量子概念带来的，将是整个物理学的根本变革，需要建立新的理论基础，而不是某些定律的局部修改。他不满足普朗克把能量的不连续性只局限于辐射的发射和吸收过程，而认为即使在空间中传播的过程中，辐射也是不连续的，是由不可分割的能量子组成的。在着手写狭义相对论论文前的3个月（1905年3月），他写了一篇题为《关于光的产生和转化的一个推测性观点》的论文，阐述了这一观点。由于这一观点同19世纪已取得绝对胜利并为大量实验所证实的光波理论和麦克斯韦的电磁理论是完全对立的，爱因斯坦在当时意识到这篇论文是“非常革命的”。他指出，关于光的产生和转化的瞬时现象，波动论的结论同经验不相符；要解释这类现象，只能假设光是由能量子所组成。这种能量子，他称为“光量子”，对于频率为v的辐射，它的一个光量子的能量就是hv，以后人们称光量子为“光子”，这是美国化学家路易斯于1926年取的名字。

光量子论的提出，意味着早在半个多世纪前已被彻底推翻了的牛顿的光的发射论（微粒说）在某种意义上的复活，使当时占绝对统治地位的波动论出现了对立面。不过，爱因斯坦并不是简单地回答牛顿的发射论，对波动论采取排斥态度，而认为两者都各自反映了光的本质的一个侧面：对于统计的平均现象，光表现为波动；对于瞬时的涨落现象，光表现为粒子。这是人类认识自然界的历史上第一次揭示了微观客体的波动性和粒子性的对立统一，即“波粒二象性”。以后市场的历史表明，波粒二象性是整个微观世界的最本质的特征，因而也是微观物理思想的最基本概念。

光量子论的出现，受到了几乎所有老一辈物理学家的反对。首先提出量子概念，并且对相对论一开始就表示热烈支持的普朗克，一直到1913年，对光量子论都感到难以容忍，认为这是爱因斯坦在思辨中迷失了方向。一般物理学家对光量子论的态度的改变，主要是通过美国两个实验物理学家密立根和康普顿的工作。密立根是以精密测定电子电荷（1910年）而闻名的，原来并不相信光量子论，曾花了10年时间来检验爱因斯坦的光电效应公式，结果同他的“一切希望相反”，“1915年不得不断言它的无歧义的实验证实”。康普顿于1922年发现康普顿效应（X射线被自由电子散射时波长要增大）时，仍然不信光量子论，经过多方探索，终于认识到这一效应只能用光量子论来解释。由此，康普顿效应成了光量子论的判决性实验，被物理学家公认为是光量子存在的确凿证据。可是还有少数物理学家仍是怀疑光量子论，并且进而怀疑能量和动量守恒定律的严格有效性。1925年，德国和美国两组物理学家分别进行了实验，一致否定了这种怀疑，肯定了光量子论，也肯定了微观客体的基元过程仍然严格遵守能量和动量守恒定律，这场争论才告结束。但是，这场争论并没有就此结束，因为它的影响远远超出了物理学范畴，而是涉及到人类社会的方方面面。

（编辑：汽车网）

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