光知识科普:光的本质是什么?揭示光的本质趣味故事

光的本质是什么?同学们是否考虑过这个问题?那就让童乐福儿童网科学小编给小朋友们讲一讲揭示光的本质趣味故事。​​
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适合年龄:6岁以上

难易程度:中级

揭示光的本质趣味故事:

在物理学史上,对于光的本质的争论持续了 200多年的时间,产生了两种水火不容的学说,一种是微粒说,认为光是由无数微粒构成的粒子流;一种是波动说,认为光是一种波。这两种学说互不相让,光如果是波,就不是微粒;如果是微粒,就不是波;不可能既是波,又是微粒。直到 1905年爱因斯坦提出了光量子理论,认为光既是波又是微粒,这种看法才被打破。正是从爱因斯坦的光量子假设中得到启发,法国著名物理学家德布罗意提出了关于波粒二象性的假设。

路易·德布罗意 1892 年 8 月 15 日生于法国望族,他的家族长期为法兰西王朝效劳,功勋卓著, 17世纪 40年代,法国国王路易十四封德布罗意家族为世袭公爵。数百年来,这个家族出了许多高级政治家、外交家、军事家和科学家。路易·德布罗意和他的大哥莫利斯·德布罗意则以他们的科学成就而闻名于世。

德布罗意初上大学时,对自然科学并不感兴趣而专攻历史,他大哥莫利斯是著名的实验物理学家,家里有设备精良的实验室,路易在这个实验室里接触到许多新的物理问题,在大哥的影响下,路易才决定放弃历史,转而学习物理,成了一位半路出家的理论物理学家。

德布罗意善于直接从历史的观点去分析问题,物质波的思想正是从光学研究史和物理学其他领域的研究史的对比中产生的,他善于用简明的语言,而不用深奥的公式去阐述问题在历史上的联系。可以说,德布罗意假设是物理学和物理学研究史结合的产物,这种结合产生了重大的科学效果。

德布罗意对爱因斯坦的光量子概念特别赞赏。 1921年,他借用光量子假说,发表了一篇关于黑体辐射的论文。第二年。他又在一篇论文中用光子概念导出维恩辐射定律,他把光子看成“光的微粒”,具有质量和动量。这一时期,他对光时而呈现波动性,时而呈现粒子性这种奇特性质发生了浓厚的兴趣,从而想把这两者统一起来。

1924 年,德布罗意在《关于量子理论的研究》这篇博士论文中精辟地阐述了他的这种思想,1925 年在法国《物理学年鉴》上发表这篇长达: 100页的论文。他认为,不仅在光的理论中,而且在物质理论中必须利用波动概念和粒子概念。每个粒子都伴随一定的波,而每个波都与一个或多个粒子运动相联系。他假设一个电子和一个“物质波”的系统联系在一起,这些物质波具有不同的传播速度,但相差不大。在它们传播的路上,这些波将合成为“波包”,这个“波包”将以一定的速度移动,这种速度称为“群速”,这“群速”就是粒子的运动速度,仿效爱因斯坦关于光子波长的表达式,德布罗意得出物质波的计算公式是λ =h / mv , h 是普朗克常数, mv 是粒子的热量。

德布罗意的论文发表后,得到法国著名科学家朗之万的赏识,他迫不及待地建议爱因斯坦务必读一读这篇文章,爱因斯坦看后,惊叹不已地称赞说:“瞧瞧吧,看来疯狂,可真是站得住脚呢 ! ”他看出德布罗意的工作具有重大意义,誉之为“揭开了巨大帷幕的一角”。

德布罗意物质波的假设提出后,人们虽然觉得这种想法既大胆又新颖,但如何去检验这种想法的正确性 ? 是否真能测出电子波的波长 ? 这一波长能否与德布罗意公式算出的结果相符合 ?这一系列问题自然是大家最关心的。人们开始通过实验去检验这一假设,但毫无效果。直到1927年,才偶然从美国物理学家戴维逊和革末的实验中获得证实。同年,苏格兰的物理学家汤姆逊从另一种办法中证实了德布罗意假设,获得了异曲同工之效。

由于德布罗意关于波粒二象性的发现,而荣获了 1929年的诺贝尔物理学奖,成为以博士学位论文直接获得诺贝尔奖的第一位科学家。

德布罗意的假说为后来薛定谔波动力学的建立提供了最重要的理论基础。薛定谔把德布罗意的物质波概念应用于原子结构学说,创立了量子力学的另一种新形式——波动力学,使德布罗意的贡献闻名于世。

童乐福儿童网提示:根据今天所学习到的知识点,请同学们复习一下:光的本质是什么?

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