Question

证明光具有波粒二象性的著名实验有哪些?

Answer 1

1803年,杨氏写成了论文《物理光学的实验和计算》.他根据光的干涉定律对光的衍射现象作了进一步的解释,认为衍射是由直射光束与反射光束干涉形成的.但由于他认为光是一种纵波,所以在理论上遇到了很多麻烦.他的理论受到了英国政治家布鲁厄姆的尖刻的批评,被称作是“不合逻辑的”、“荒谬的”、“毫无价值的”. 虽然杨氏的理论以及后来的辩驳都没有得到足够的重视、甚至遭人毁谤,但他的理论激起了牛顿学派对光学研究的兴趣. 1808年,拉普拉斯用微粒说分析了光的双折射线现象,批驳了杨氏的波动说. 1809年,马吕斯在试验中发现了光的偏振现象.在进一步研究光的简单折射中的偏振时,他发现光在折射时是部分偏振的.因为惠更斯曾提出过光是一种纵波,而纵波不可能发生这样的偏振,这一发现成为了反对波动说的有利证据. 1811年,布吕斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律.光的偏振现象和偏振定律的发现,使当时的波动说陷入了困境,使物理光学的研究更朝向有利于微粒说的方向发展 面对这种情况,杨氏对光学再次进行了深入的研究,1817年,他放弃了惠更斯的光是一种纵波的说法,提出了光是一种横波的假说,比较成功的解释了光的偏振现象.吸收了一些牛顿派的看法之后,他又建立了新的波动说理论.杨氏把他的新看法写信告诉了牛顿派的阿拉戈. 1817年,巴黎科学院悬赏征求关于光的干涉的最佳论文.土木工程师菲涅耳也卷入了波动说与微粒说之间的纷争.在1815年菲涅耳就试图复兴惠更斯的波动说,但他与杨氏没有联系,当时还不知道杨氏关于衍射的论文,他在自己的论文中提出是各种波的互相干涉使合成波具有显著的强度.事实上他的理论与杨氏的理论正好相反.后来阿拉戈告诉了他杨氏新提出的关于光是一种横波的理论,从此菲涅耳以杨氏理论为基础开始了他的研究.1819年,菲涅耳成功的完成了对由两个平面镜所产生的相干光源进行的光的干涉实验,继杨氏干涉实验之后再次证明了光的波动说.阿拉戈与菲涅耳共同研究一段时间之后,转向了波动说.1819年底,在非涅耳对光的传播方向进行定性实验之后,他与阿拉戈一道建立了光波的横向传播理论. 1882年,德国天文学家夫琅和费首次用光栅研究了光的衍射现象.在他之后,德国另一位物理学家施维尔德根据新的光波学说,对光通过光栅后的衍射现象进行了成功的解释. 至此,新的波动学说牢固的建立起来了.微粒说开始转向劣势 随着光的波动学说的建立,人们开始为光波寻找载体,以太说又重新活跃起来.一些著名的科学家成为了以太说的代表人物.但人们在寻找以太的过程中遇到了许多困难,于是各种假说纷纷提出,以太成为了十九世纪的众焦点之一. 菲涅耳在研究以太时发现的问题是,横向波的介质应该是一种类固体,而以太如果是一种固体,它又怎么能不干扰天体的自由运转呢.不久以后泊松也发现了一个问题：如果以太是一种类固体,在光的横向振动中必然要有纵向振动,这与新的光波学说相矛盾. 为了解决各种问题,1839年柯西提出了第三种以太说,认为以太是一种消极的可压缩性的介质.他试图以此解决泊松提出的困难.1845年,斯托克斯以石蜡、沥青和胶质进行类比,试图说明有些物质既硬得可以传播横向振动又可以压缩和延展——因此不会影响天体运动. 1887年,英国物理学家麦克尔逊与化学家莫雷以“以太漂流”实验否定了以太的存在.但此后仍不乏科学家坚持对以太的研究.甚至在法拉第的光的电磁说、麦克斯韦的光的电磁说提出以后,还有许多科学家潜心致力于对以太的研究. 十九世纪中后期,在光的波动说与微粒说的论战中,波动说已经取得了决定性胜利.但人们在为光波寻找载体时所遇到的困难,却预示了波动说所面临的危机. 1887年,德国科学家赫兹发现光电效应,光的粒子性再一次被证明! 二十世纪初,普朗克和爱因斯坦提出了光的量子学说.1921年,爱因斯坦因为"光的波粒二象性"这一成就而获得了诺贝尔物理学奖. 1921年,康普顿在试验中证明了X射线的粒子性.1927年,杰默尔和后来的乔治汤姆森在试验中证明了电子束具有波的性质.同时人们也证明了氦原子射线、氢原子和氢分子射线具有波的性质. 在新的事实与理论面前,光的波动说与微粒说之争以“光具有波粒二象性”而落下了帷幕. 光的波动说与微粒说之争从十七世纪初笛卡儿提出的两点假说开始,至二十世纪初以光的波粒二象性告终,前后共经历了三百多年的时间.牛顿、惠更斯、托马斯．杨、菲涅耳等多位著名的科学家成为这一论战双方的主辩手.正是他们的努力揭开了遮盖在“光的本质”外面那层扑朔迷离的面纱. 参考：