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什么是光 什么是光學(xué)顯微鏡

云知道光學(xué)


什么是光 什么是光學(xué)顯微鏡


光既是一種粒子，又是一種波 。光同時(shí)具備粒子與電磁波的屬性，但又不具備其中某一種的全部性質(zhì) 。它由波浪狀傳播的光子組成 。
物理學(xué)界的偉人們已就光之性質(zhì)進(jìn)行了幾個(gè)世代的激烈爭(zhēng)論，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)在于：光到底是一種粒子還是一種電磁波 。幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，這種神秘且難以捉摸的現(xiàn)象一直困擾著科學(xué)家 ， 因?yàn)樵诿看味x其性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中，它似乎都在改變自己的行為方式 。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，光是自然界的反?，F(xiàn)象之一，它被認(rèn)為既是一種波浪又是一種粒子 。這種變異性也是量子力學(xué)的基本理論之一 。下面讓我們來(lái)看看人們是如何得出這一重要結(jié)論的 。

光是一種粒子
“光是一種粒子”這一觀念最早由艾薩克·牛頓提出 ， 但它在19世紀(jì)之前并未被廣泛接受，直到被阿爾伯特·愛(ài)因斯坦重申 。愛(ài)因斯坦認(rèn)為只有當(dāng)光是由粒子組成時(shí)，光的反射和折射性質(zhì)才能得到解釋 。

波并不會(huì)沿直線傳播 ， 也無(wú)法展示出牛頓和愛(ài)因斯坦所提及的性質(zhì) 。然而，如果這是對(duì)的 ， 那么光為何會(huì)被否認(rèn)是一種粒子呢？部分原因是，它沒(méi)能具備粒子定義上的所有屬性 。粒子是一種微小的碎片或一定數(shù)量的具有特定性質(zhì)（比如質(zhì)量和體積）的物質(zhì) 。最小單位的光被認(rèn)為是一種光子，而光子根本就沒(méi)有質(zhì)量 。此外，處于牛頓時(shí)代之后、愛(ài)因斯坦時(shí)代之前的其他研究者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明光具有類似波的性質(zhì)，因此這些研究者認(rèn)為光是能量而非物質(zhì) 。

不，光是一種電磁波
包括菲涅耳、楊和麥克斯韋在內(nèi)的一些科學(xué)家對(duì)光類似波的屬性進(jìn)行了研究 。波是無(wú)須物質(zhì)轉(zhuǎn)換就能實(shí)現(xiàn)的從一點(diǎn)到另一點(diǎn)的能量轉(zhuǎn)換 。楊進(jìn)行了單縫衍射實(shí)驗(yàn) ， 該實(shí)驗(yàn)對(duì)確立光類似于波的性質(zhì)（比如干涉與衍射）具有重要作用 。他讓光束穿過(guò)狹縫，并觀察光在狹縫屏幕后的另一屏幕上所形成的圖像 。

如果牛頓提出的光的微粒理論是正確的，那么屏幕上應(yīng)當(dāng)是與狹縫形狀、大小相同的光的圖案 。然而實(shí)際上，屏幕上的光是更加漫射或衍射的，這意味著光具有干涉性，而這正是能量波所顯示出來(lái)的 ?！案缮妗笔且环N現(xiàn)象，即兩種波（它們被認(rèn)為是線性系統(tǒng)）對(duì)彼此的強(qiáng)度具有增減作用，從而使合成波的振幅更大或更小 。
愛(ài)因斯坦與光電效應(yīng)

愛(ài)因斯坦觀察到，當(dāng)光接觸到金屬時(shí)，電子會(huì)從金屬表面飛出——如果光僅僅只是一種波的話，那么這種現(xiàn)象是非常罕見(jiàn)的 。該光電效應(yīng)的奇特之處在于 ， 飛出金屬表面的電子的能量并未隨著光的強(qiáng)弱而改變（如果光是一種波，則強(qiáng)光會(huì)導(dǎo)致光電子伴隨著更大的能量飛出） 。

圖解：波粒二象性示意圖說(shuō)明，從不同角度觀察同樣一件物體 ， 可以看到兩種迥然不同的圖樣 。
于是愛(ài)因斯坦提出 ， 光實(shí)際上由微小的能量包組成，這些能量包以波狀方式傳播 。他設(shè)想的粒子是一個(gè)光子，他推測(cè)：當(dāng)物質(zhì)中的電子與光子相碰撞，前者會(huì)吸收后者的能量并飛出 。他繼續(xù)指出，進(jìn)行撞擊的光子的振蕩頻率越高，飛出的電子能量越大 。雙縫實(shí)驗(yàn)可以很好地說(shuō)明這一事實(shí) 。

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