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娱乐知识|波粒二象性是谁提出的，光为什么具有波粒二象性( 四 )

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德布罗意是怎样提出波粒二象性概念的？它的理论意义是什么？ 1909年爱因期坦就有了光的波粒二象性的思想 ， 爱因斯坦不仅最早将粒子特性赋予光波（1905） ， 而且还最早将波特性赋予了理想气体分子（1924） ， 可以说 ， 是爱因斯坦最早注意到了物质的波粒二象性 。 由于波粒二象性被证明是自然界中一切物质运动的最基本的量子特性 ， 因此爱因斯坦的这一发现甚至比他的相对论更为重要 。 1909年 ， 爱因斯坦严格证明了辐射 ， 即光子具有波粒二象性 ， 并指出了已被实验验证的普朗克辐射公式同时包含了辐射的这两种对立的属性 。
光的波粒二象性的发现也许是爱因斯坦对量子理论所做出的最大贡献 ， 它首次揭
示了光的量子特性 ， 即光不仅具有波动性 ， 同时也具有粒子性 。 正是光的波粒二
象性概念进一步引导德布罗意提出物质波假说（1923） ， 将光子的波粒二象性赋
予了所有物质粒子 ， 并最终促使薛定谔建立了量子理论的波动力学形式（1926） 。
是谁提出了波粒二象性的假设？ 爱因斯坦的光电效应理论
1905年 ， 爱因斯坦对光电效应提出了一个理论 ， 解决了之前光的波动理论所无法解释的这个实验现象 。 他引入了光子 ， 一个携带光能的量子的概念 。
在光电效应中 ， 人们观察到将一束光线照射在某些金属上会在电路中产生一定的电流 。 可以推断是光将金属中的电子打出 ， 使得它们流动 。 然而 ， 人们同时观察到 ， 对于某些材料 ， 即使一束微弱的蓝光也能产生电流 ， 但是无论多么强的红光都无法在其中引出电流 。 根据波动理论 ， 光强对应于它所携带的能量 ， 因而强光一定能提供更强的能量将电子击出 。 然而事实与预期的恰巧相反 。
爱因斯坦将其解释为量子化效应:金属被光子击出电子 ， 每一个光子都带有一部分能量E ， 这份能量对应于光的频率ν:E=hν ， 这里h是普朗克常数(6.626 x 10 J s) 。 光束的颜色决定于光子的频率 ， 而光强则决定于光子的数量 。 由于量子化效应 ， 每个电子只能整份地接受光子的能量 ， 因此 ， 只有高频率的光子(蓝光 ， 而非红光)才有能力将电子击出 。
爱因斯坦因为他的光电效应理论获得了1921年诺贝尔物理学奖 。
实物粒子的波粒二象性
爱因斯坦提出光的粒子性后 ， 路易·维克多·德布罗意做了逆向思考 ， 他在论文中写到:19世纪以来 ， 只注重了光的波动性的研究 ， 而忽略了粒子性的研究 ， 在实物粒子的研究方面 ， 是否犯了相反的错误呢?1924年 ， 他又注意到原子中电子的稳定运动需要引入整数来描写 ， 与物理学中其他涉及整数的现象如干涉和振动简正模式之间的类似性 ， 由此构造了德布罗意假设 ， 提出正如光具有波粒二象性一样 ， 实物粒子也具有波粒二象性 。 他将这个波长λ和动量p联系为:λ=h/p=h/mv;m:质量 ， v:频率 ， h:普朗克常数 。
这是对爱因斯坦等式的一般化 ， 因为光子的动量为p = E / c(c为真空中的光速) ， 而λ = c / ν 。
德布罗意的方程三年后通过两个独立的电子散射实验被证实 。 在贝尔实验室Clinton Joseph Davisson和Lester Halbert Germer以低速电子束射向镍单晶获得电子经单晶衍射 ， 测得电子的波长与德布罗意公式一致 。 在阿伯丁大学 ， G.P汤姆孙以高速电子穿过多晶金属箔获得类似X射线在多晶上产生的衍射花纹 ， 确凿证实了电子的波动性;以后又有其他实验观测到氦原子、氢分子以及中子的衍射现象 ， 微观粒子的波动性已被广泛地证实 。 根据微观粒子波动性发展起来的电子显微镜、电子衍射技术和中子衍射技术已成为探测物质微观结构和晶体结构分析的有力手段 。

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