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穿越微观与宏观的光

2016-06-08苗千

三联生活周刊 2016年23期
关键词:实验

苗千

人类需要光、依赖光。

不仅各种宗教典籍多以宇宙中的第一缕光线开篇,现代物理学的开端与发展也始终与光有关,从光的微粒学说和波动学说之争,延伸至认识到光的波粒二象性,到对于量子纠缠现象的理解,一直发展至量子计算机研究,人类文明的进步与对于光的认识一直紧密相连。

开创了现代物理学的大科学家牛顿在1704年完成巨著《光学》,论证光是由极微小的颗粒构成,他用一块三棱镜把一束白光分解为一条彩色的光谱,证明白光是由各种单色光的颗粒所组成,这与当时荷兰物理学家惠更斯的光波动学说相对立。因为当时牛顿威名赫赫,使得物理学界长期倾向于光的微粒说。

直到大约100年之后,英国物理学家托马斯·杨用光的双缝干涉实验证明了光具有和水波相似的干涉性质,无可置疑地证明了光的波动性质,人类对于光的本性的认识自此产生了180度的转变,而随后麦克斯韦提出的电磁学理论,把光、电、磁三种现象统一起来,利用波动方程加以描述,光的波动性质已经完全清晰了。

挽救了光的粒子理论的是爱因斯坦,他通过光电效应提出了光量子假说,认为光的能量是一份一份地被发射和吸收的,这个假说最终得到了证实。到了1927年,保罗·狄拉克证明光子是电磁场与电荷相互作用的量子态激发——人类终于从理论层面认识到光的波粒二象性:光的干涉现象体现了波动性,而对光的吸收和探测则体现了粒子性。……

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